1/المفهوم

المطرقة المائية تسمى أيضًا المطرقة المائية.أثناء نقل الماء (أو السوائل الأخرى)، بسبب الفتح أو الإغلاق المفاجئصمام الفراشة API, بوابة الصمامات، تحقق من الصمامات والصمامات الكروية.التوقف المفاجئ لمضخات المياه، والفتح والإغلاق المفاجئ لدوارات التوجيه، وما إلى ذلك، يتغير معدل التدفق فجأة ويتقلب الضغط بشكل كبير.تأثير المطرقة المائية هو مصطلح حيوي.يشير إلى المطرقة المائية الشديدة الناتجة عن تأثير تدفق المياه على خط الأنابيب عند بدء تشغيل مضخة المياه وتوقفها.لأنه داخل أنبوب الماء، يكون الجدار الداخلي للأنبوب أملسًا ويتدفق الماء بحرية.عندما يتم إغلاق صمام مفتوح فجأة أو إيقاف مضخة إمداد المياه، فإن تدفق المياه سيولد ضغطًا على الصمام وجدار الأنبوب، وخاصة الصمام أو المضخة.نظرًا لأن جدار الأنبوب أملس، وتحت تأثير القصور الذاتي لتدفق المياه اللاحق، فإن القوة الهيدروليكية تصل بسرعة إلى الحد الأقصى وتنتج تأثيرات مدمرة.هذا هو "تأثير المطرقة المائية" في المكونات الهيدروليكية، أي المطرقة المائية الإيجابية.على العكس من ذلك، عندما يتم فتح صمام مغلق فجأة أو تشغيل مضخة المياه، ستحدث أيضًا مطرقة مائية، والتي تسمى مطرقة الماء السالبة، ولكنها ليست كبيرة مثل الأولى.سيؤدي تأثير الضغط إلى الضغط على جدار الأنبوب وإنتاج الضوضاء، تمامًا مثل ضرب المطرقة بالأنبوب، لذلك يُسمى تأثير المطرقة المائية.

2/المخاطر

يمكن أن يصل الضغط اللحظي الناتج عن المطرقة المائية إلى عشرات أو حتى مئات المرات من ضغط التشغيل العادي في خط الأنابيب.مثل هذه التقلبات الكبيرة في الضغط يمكن أن تسبب اهتزازًا قويًا أو ضوضاء في نظام خطوط الأنابيب وقد تؤدي إلى تلف مفاصل الصمامات.له تأثير ضار للغاية على نظام الأنابيب.من أجل منع المطرقة المائية، يجب تصميم نظام خطوط الأنابيب بشكل صحيح لمنع معدل التدفق من الارتفاع أكثر من اللازم.بشكل عام، معدل التدفق المصمم للأنبوب يجب أن يكون أقل من 3m/s، ويجب التحكم في سرعة فتح وإغلاق الصمام.
نظرًا لبدء تشغيل المضخة وإيقافها وفتح الصمامات وإغلاقها بسرعة كبيرة جدًا، تتغير سرعة الماء بشكل كبير، خاصة المطرقة المائية الناتجة عن التوقف المفاجئ للمضخة، مما قد يؤدي إلى تلف خطوط الأنابيب ومضخات المياه والصمامات، و يتسبب في عكس اتجاه مضخة المياه وتقليل ضغط شبكة الأنابيب.تأثير المطرقة المائية مدمر للغاية: إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا، فسوف يتسبب في تمزق الأنبوب.على العكس من ذلك، إذا كان الضغط منخفضًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى انهيار الأنبوب وتلف الصمامات والمثبتات.وفي وقت قصير جدًا، يرتفع معدل تدفق المياه من الصفر إلى معدل التدفق المقدر.نظرًا لأن السوائل لديها طاقة حركية ودرجة معينة من الانضغاط، فإن التغيرات الكبيرة في معدل التدفق في فترة زمنية قصيرة جدًا ستتسبب في تأثيرات الضغط المرتفع والمنخفض على خط الأنابيب.

3/ توليد

هناك أسباب كثيرة للمطرقة المائية.العوامل المشتركة هي كما يلي:

1. يفتح الصمام أو يغلق فجأة؛

2. تتوقف أو تعمل وحدة ضخ المياه فجأة.

3. أنبوب واحد ينقل المياه إلى مكان مرتفع (يتجاوز فرق الارتفاع في منطقة إمداد المياه 20 مترًا)؛

4 .الرفع الإجمالي (أو ضغط العمل) لمضخة المياه كبير؛

5. سرعة تدفق المياه في خط أنابيب المياه كبيرة جدًا؛

6. خط أنابيب المياه طويل جدًا وتتغير التضاريس بشكل كبير.
7. البناء غير المنتظم يشكل خطراً خفياً في مشاريع خطوط أنابيب إمدادات المياه
(1) على سبيل المثال، إنتاج ركائز الدفع الأسمنتية للمحملات والأكواع والمخفضات والمفاصل الأخرى لا يفي بالمتطلبات.
وفقًا لـ "اللوائح الفنية لهندسة خطوط أنابيب إمدادات المياه الصلبة المصنوعة من البولي فينيل كلورايد المدفونة"، يجب تركيب ركائز دفع أسمنتية عند الوصلات مثل المحملات والأكواع والمخفضات والأنابيب الأخرى التي يبلغ قطرها ≥110 مم لمنع خط الأنابيب من الحركة."أرصفة الدفع الخرسانية" يجب ألا تكون أقل من درجة C15، ويجب صبها في الموقع على أساس التربة الأصلية المحفورة ومنحدر الخندق.بعض أطراف البناء لا تولي اهتماما كافيا لدور أرصفة الدفع.يقومون بتثبيت وتد خشبي أو إسفين شوكة حديدية بجوار خط الأنابيب لتكون بمثابة رصيف للدفع.في بعض الأحيان يكون حجم الرصيف الأسمنتي صغيرًا جدًا أو لا يتم سكبه على التربة الأصلية.ومن ناحية أخرى، فإن بعض ركائز الدفع ليست قوية بما فيه الكفاية.ونتيجة لذلك، أثناء تشغيل خط الأنابيب، لا يمكن لدعائم الدفع أن تعمل وتصبح عديمة الفائدة، مما يتسبب في عدم محاذاة وتلف تجهيزات الأنابيب مثل المحملات والأكواع.​
(2) لم يتم تثبيت صمام العادم التلقائي أو أن موضع التثبيت غير معقول.
وفقًا لمبدأ الهيدروليكا، يجب تصميم وتركيب صمامات العادم الأوتوماتيكية في النقاط العالية لخطوط الأنابيب في المناطق الجبلية أو التلال ذات التموجات الكبيرة.وحتى في المناطق السهلة ذات التضاريس الصغيرة المتموجة، يجب أن تكون خطوط الأنابيب مصممة بشكل مصطنع عند حفر الخنادق.هناك صعود وهبوط، صعود أو هبوط بشكل دوري، ولا يقل الانحدار عن 1/500، وتم تصميم 1-2 صمامات عادم في أعلى نقطة في كل كيلومتر.​
لأنه أثناء عملية نقل المياه في خط الأنابيب، سوف يتسرب الغاز الموجود في خط الأنابيب ويتراكم في الأجزاء المرتفعة من خط الأنابيب، حتى أنه يشكل انسدادًا هوائيًا.عندما يتقلب معدل تدفق الماء في خط الأنابيب، ستستمر جيوب الهواء المتكونة في الأجزاء المرتفعة في الضغط والتوسع، وسيكون الضغط الناتج بعد الضغط أكبر بعشرات أو حتى مئات المرات من الضغط المتولد بعد الضغط الماء مضغوط (حساب عام: Pump Butler).في هذا الوقت، قد يؤدي هذا القسم من خط الأنابيب الذي يحتوي على مخاطر خفية إلى المواقف التالية:
• بعد مرور الماء في أعلى الأنبوب، يختفي الماء المتساقط في أسفل الأنبوب.وذلك لأن كيس الهواء الموجود في الأنبوب يمنع تدفق الماء، مما يتسبب في فصل عمود الماء.​
• ينضغط الغاز المضغوط الموجود في خط الأنابيب إلى الحد الأقصى ويتمدد بسرعة مما يؤدي إلى تمزق الخط.​
• عندما يتم نقل المياه من مصدر مياه مرتفع باتجاه مجرى النهر بسرعة معينة عن طريق تدفق الجاذبية، بعد إغلاق الصمام العلوي بسرعة، بسبب القصور الذاتي لفرق الارتفاع ومعدل التدفق، فإن عمود الماء في أنبوب المنبع لا يتوقف على الفور .ولا يزال يتحرك بسرعة معينة.تتدفق السرعة في اتجاه مجرى النهر.في هذا الوقت، يتشكل فراغ في خط الأنابيب لأنه لا يمكن تجديد الهواء في الوقت المناسب، مما يتسبب في تفريغ خط الأنابيب من الهواء بسبب الضغط السلبي وتلفه.
(3) تربة الخندق والردم لا تستوفي اللوائح.
غالبًا ما تُرى الخنادق غير المؤهلة في المناطق الجبلية، ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود العديد من الحجارة في مناطق معينة.يتم حفر الخنادق يدويًا أو تفجيرها بالمتفجرات.الجزء السفلي من الخندق غير مستوي بشكل خطير وبه حجارة حادة بارزة.عند مواجهة ذلك، في هذه الحالة، وفقًا للوائح ذات الصلة، يجب إزالة الحجارة الموجودة في أسفل الخندق ويجب رصف أكثر من 15 سم من الرمال قبل وضع خط الأنابيب.إلا أن عمال البناء كانوا غير مسؤولين أو قطعوا الزوايا وقاموا بوضع الرمال مباشرة دون رصف رمل أو رصف رمزي لبعض الرمال.تم وضع خط الأنابيب على الحجارة.عند اكتمال الردم وتشغيل المياه، بسبب وزن خط الأنابيب نفسه، وضغط الأرض العمودي، وحمل السيارة على خط الأنابيب، وتراكب الجاذبية، يتم دعمه بواحد أو عدة حجارة مرتفعة حادة في الجزء السفلي من خط الانابيب.، تركيز الضغط المفرط، من المحتمل جدًا أن يتضرر خط الأنابيب عند هذه النقطة ويتشقق على طول خط مستقيم في هذه المرحلة.وهذا ما يسميه الناس في كثير من الأحيان "تأثير التسجيل".​

4/التدابير

هناك العديد من التدابير الوقائية للمطرقة المائية، ولكن يجب اتخاذ تدابير مختلفة وفقًا للأسباب المحتملة للمطرقة المائية.
1. إن تقليل معدل تدفق خطوط أنابيب المياه يمكن أن يقلل من ضغط المطرقة المائية إلى حد ما، ولكنه سيزيد من قطر خطوط أنابيب المياه ويزيد من استثمار المشروع.عند مد خطوط أنابيب المياه، يجب مراعاة تجنب الحدبات أو التغيرات الجذرية في المنحدر لتقليل طول خط أنابيب المياه.كلما زاد طول خط الأنابيب، زادت قيمة المطرقة المائية عند توقف المضخة.ومن محطة ضخ واحدة إلى محطتي ضخ، يتم استخدام بئر شفط المياه لربط محطتي الضخ.
مطرقة مائية عند توقف المضخة

يشير ما يسمى بمطرقة الماء المتوقفة عن المضخة إلى ظاهرة الصدمة الهيدروليكية الناتجة عن التغيرات المفاجئة في سرعة التدفق في مضخة المياه وأنابيب الضغط عند فتح الصمام وتوقفه بسبب انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ أو لأسباب أخرى.على سبيل المثال، قد يؤدي فشل نظام الطاقة أو المعدات الكهربائية، أو الفشل العرضي لوحدة مضخة المياه، وما إلى ذلك إلى فتح مضخة الطرد المركزي للصمام وتوقفها، مما يؤدي إلى حدوث مطرقة مائية عند إيقاف المضخة.يرتبط حجم المطرقة المائية عند إيقاف المضخة بشكل أساسي بالرأس الهندسي لغرفة المضخة.كلما ارتفع الرأس الهندسي، زادت قيمة المطرقة المائية عند إيقاف المضخة.ولذلك، ينبغي اختيار رأس مضخة معقول على أساس الظروف المحلية الفعلية.

يمكن أن يصل الحد الأقصى لضغط المطرقة المائية عند توقف المضخة إلى 200% من ضغط العمل الطبيعي، أو حتى أعلى، مما قد يؤدي إلى تدمير خطوط الأنابيب والمعدات.الحوادث العامة تسبب “تسرب المياه” وانقطاع المياه؛تتسبب الحوادث الخطيرة في غمر غرفة المضخة وتلف المعدات وتلف المرافق.الضرر أو حتى التسبب في إصابة شخصية أو الوفاة.

بعد إيقاف المضخة بسبب وقوع حادث، انتظر حتى يمتلئ الأنبوب الموجود خلف صمام الفحص بالماء قبل بدء تشغيل المضخة.لا تفتح صمام مخرج مضخة المياه بالكامل عند بدء تشغيل المضخة، وإلا سيحدث تأثير كبير للمياه.غالبًا ما تحدث حوادث المطرقة المائية الكبرى في العديد من محطات الضخ في مثل هذه الظروف.

2. قم بإعداد جهاز إزالة المطرقة المائية
(1) استخدام تكنولوجيا التحكم في الجهد المستمر
يتم استخدام نظام التحكم الآلي PLC للتحكم في المضخة ذات سرعة التردد المتغيرة وللتحكم تلقائيًا في تشغيل نظام غرفة مضخة إمداد المياه بالكامل.نظرًا لأن ضغط شبكة خطوط أنابيب إمدادات المياه يستمر في التغير مع التغيرات في ظروف العمل، فغالبًا ما يحدث ضغط منخفض أو ضغط زائد أثناء تشغيل النظام، مما قد يتسبب بسهولة في حدوث مطرقة مائية، مما يؤدي إلى تلف خطوط الأنابيب والمعدات.يتم استخدام نظام التحكم الآلي PLC للتحكم في شبكة الأنابيب.الكشف عن الضغط والتحكم المرتد في تشغيل وإيقاف مضخة المياه وتعديل السرعة والتحكم في التدفق وبالتالي الحفاظ على الضغط عند مستوى معين.يمكن ضبط ضغط إمداد المياه للمضخة عن طريق التحكم في الكمبيوتر الصغير للحفاظ على ضغط ثابت لإمدادات المياه وتجنب تقلبات الضغط المفرطة.يتم تقليل احتمال المطرقة المائية.
(2) قم بتركيب مزيل المطرقة المائية
يمنع هذا الجهاز بشكل أساسي المطرقة المائية عند توقف المضخة.يتم تثبيته بشكل عام بالقرب من أنبوب مخرج مضخة المياه.إنها تستخدم ضغط الأنبوب نفسه كطاقة لتحقيق الحركة الأوتوماتيكية ذات الضغط المنخفض.أي أنه عندما يكون الضغط في الأنبوب أقل من قيمة الحماية المحددة، سيتم فتح منفذ التصريف تلقائيًا لتصريف المياه.يتم استخدام تخفيف الضغط لموازنة ضغط خطوط الأنابيب المحلية ومنع تأثير المطرقة المائية على المعدات وخطوط الأنابيب.يمكن تقسيم المزيلات عمومًا إلى نوعين: ميكانيكية وهيدروليكية.تتم استعادة أدوات الإزالة الميكانيكية يدويًا بعد العمل، بينما يمكن إعادة ضبط أدوات الإزالة الهيدروليكية تلقائيًا.
(3) قم بتركيب صمام فحص بطيء الإغلاق على أنبوب مخرج مضخة المياه ذو القطر الكبير

يمكنها القضاء بشكل فعال على المطرقة المائية عند إيقاف المضخة، ولكن لأن كمية معينة من الماء سوف تتدفق مرة أخرى عند توقف المضخةأبي 609عندما يتم تنشيط الصمام، يجب أن يكون لبئر شفط المياه أنبوب فائض.هناك نوعان من صمامات الفحص بطيئة الإغلاق: نوع المطرقة ونوع تخزين الطاقة.يمكن لهذا النوع من الصمامات ضبط وقت إغلاق الصمام ضمن نطاق معين حسب الحاجة (مرحبًا بكم في المتابعة: مضخة بتلر).بشكل عام، يُغلق الصمام بنسبة 70% إلى 80% خلال 3 إلى 7 ثوانٍ بعد انقطاع التيار الكهربائي.يتم تعديل وقت الإغلاق المتبقي بنسبة 20% إلى 30% وفقًا لظروف مضخة المياه وخطوط الأنابيب، بشكل عام في حدود 10 إلى 30 ثانية.ومن الجدير بالذكر أنه عندما يكون هناك حدبة في خط الأنابيب وتحدث مطرقة مائية، فإن دور صمام عدم الرجوع البطيء الإغلاق يكون محدودًا للغاية.
(4) قم بإعداد برج تنظيم الضغط في اتجاه واحد
يتم بناؤه بالقرب من محطة الضخ أو في موقع مناسب على خط الأنابيب، ويكون ارتفاع برج التدفق أحادي الاتجاه أقل من ضغط خط الأنابيب هناك.عندما يكون الضغط في خط الأنابيب أقل من مستوى الماء في البرج، فإن برج تنظيم الضغط يقوم بتزويد خط الأنابيب بالمياه لمنع عمود الماء من الانكسار وجسر مطرقة الماء.ومع ذلك، فإن تأثيرها في تقليل 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 يتسبب ذلك في حدوث مطرقة مائية كبيرة.
(5) تركيب أنبوب جانبي (صمام) في محطة الضخ
عندما يعمل نظام المضخة بشكل طبيعي، يتم إغلاق صمام الفحص لأن ضغط الماء على جانب الضغط في المضخة أعلى من ضغط الماء على جانب الشفط.عندما يؤدي انقطاع التيار الكهربائي العرضي إلى توقف المضخة فجأة، ينخفض ​​الضغط عند مخرج محطة ضخ المياه بشكل حاد، بينما يرتفع الضغط على جانب الشفط بشكل حاد.تحت هذا الضغط التفاضلي، يقوم الماء ذو ​​الضغط العالي العابر في الأنبوب الرئيسي لشفط الماء بدفع لوحة صمام صمام الفحص ويتدفق إلى الماء ذو ​​الضغط المنخفض العابر في الأنبوب الرئيسي للمياه الضغط، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الماء المنخفض هناك؛من ناحية أخرى، مضخة المياه يتم أيضًا تقليل ارتفاع ضغط المطرقة المائية على جانب الشفط.بهذه الطريقة، يتم التحكم في ارتفاع المطرقة المائية وانخفاض الضغط على جانبي محطة ضخ المياه، وبالتالي تقليل ومنع مخاطر المطرقة المائية بشكل فعال.
(6) قم بإعداد صمام فحص متعدد المراحل
في خط أنابيب المياه الطويل، أضف واحدًا أو أكثرفحص الصمامات، قم بتقسيم خط أنابيب المياه إلى عدة أقسام، وقم بتركيب صمام فحص في كل قسم.عندما يتدفق الماء في أنبوب الماء مرة أخرى أثناء المطرقة المائية، يتم إغلاق كل صمام فحص واحدًا تلو الآخر لتقسيم تدفق التدفق العكسي إلى عدة أقسام.نظرًا لأن الرأس الهيدروستاتيكي في كل قسم من أنابيب المياه (أو قسم تدفق التدفق العكسي) صغير جدًا، فسيتم تقليل معدل تدفق المياه.تعزيز المطرقة.يمكن استخدام هذا الإجراء الوقائي بشكل فعال في الحالات التي يكون فيها الفرق الهندسي لارتفاع إمدادات المياه كبيرًا؛لكنها لا تستطيع القضاء على إمكانية فصل عمود الماء.أكبر عيوبها هو: زيادة استهلاك الطاقة لمضخة المياه أثناء التشغيل العادي وزيادة تكاليف إمدادات المياه.