1/المفهوم

تُسمى أيضًا مطرقة الماء. أثناء نقل الماء (أو السوائل الأخرى)، بسبب الفتح أو الإغلاق المفاجئصمام فراشة API, صمامات البوابة، تحقق من الصمامات وصمامات الكرةالتوقفات المفاجئة لمضخات المياه، وفتح وإغلاق ريش التوجيه، وما إلى ذلك، يؤدي إلى تغير مفاجئ في معدل التدفق وتذبذب الضغط بشكل كبير. يُعد تأثير المطرقة المائية مصطلحًا واضحًا، ويشير إلى مطرقة مائية شديدة ناجمة عن تأثير تدفق المياه على خط الأنابيب عند تشغيل مضخة المياه وإيقافها. لأن جدار الأنبوب الداخلي أملس، ويتدفق الماء بحرية. عند إغلاق صمام مفتوح فجأة أو إيقاف مضخة إمداد المياه، يُولّد تدفق المياه ضغطًا على جدار الصمام والأنبوب، وخاصةً الصمام أو المضخة. ولأن جدار الأنبوب أملس، فبفعل القصور الذاتي لتدفق المياه اللاحق، تصل القوة الهيدروليكية إلى أقصى حد لها بسرعة، مما يُسبب آثارًا مدمرة. هذا هو "تأثير المطرقة المائية" في الهيدروليك، أي المطرقة المائية الموجبة. على العكس، عند فتح صمام مغلق فجأة أو تشغيل مضخة المياه، تحدث أيضًا مطرقة مائية، تُسمى المطرقة المائية السالبة، ولكنها ليست بنفس قوة المطرقة المائية السالبة. سيؤدي تأثير الضغط إلى إجهاد جدار الأنبوب وإنتاج ضوضاء، تمامًا مثل المطرقة التي تضرب الأنبوب، لذلك يطلق عليه تأثير المطرقة المائية.

2/المخاطر

يمكن أن يصل الضغط اللحظي الناتج عن المطرقة المائية إلى عشرات أو حتى مئات أضعاف ضغط التشغيل الطبيعي في خط الأنابيب. قد تُسبب هذه التقلبات الكبيرة في الضغط اهتزازات أو ضوضاء قوية في نظام الأنابيب، وقد تُتلف وصلات الصمامات. كما أن لها تأثيرًا ضارًا جدًا على نظام الأنابيب. ولمنع المطرقة المائية، يجب تصميم نظام الأنابيب بشكل صحيح لمنع ارتفاع معدل التدفق بشكل مفرط. وبشكل عام، يجب أن يكون معدل التدفق المُصمم للأنبوب أقل من 3 أمتار في الثانية، مع التحكم في سرعة فتح وإغلاق الصمام.
نظرًا لأن المضخة يتم تشغيلها وإيقافها وفتح الصمامات وإغلاقها بسرعة كبيرة، فإن سرعة الماء تتغير بشكل كبير، وخاصة المطرقة المائية الناتجة عن التوقف المفاجئ للمضخة، والتي يمكن أن تتلف خطوط الأنابيب ومضخات المياه والصمامات، وتتسبب في عكس اتجاه مضخة المياه وتقليل ضغط شبكة الأنابيب. تأثير المطرقة المائية مدمر للغاية: إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا، فسوف يتسبب في تمزق الأنبوب. وعلى العكس، إذا كان الضغط منخفضًا جدًا، فسوف يتسبب في انهيار الأنبوب وإتلاف الصمامات والتثبيتات. في وقت قصير جدًا، يزداد معدل تدفق الماء من الصفر إلى معدل التدفق المقدر. نظرًا لأن السوائل لها طاقة حركية ودرجة معينة من الانضغاط، فإن التغييرات الكبيرة في معدل التدفق في فترة زمنية قصيرة جدًا ستسبب تأثيرات عالية ومنخفضة الضغط على خط الأنابيب.

3/توليد

هناك أسباب عديدة لظاهرة المطرقة المائية. ومن العوامل الشائعة ما يلي:

1. يفتح الصمام أو يغلق فجأة؛

2. تتوقف وحدة مضخة المياه فجأة أو تبدأ في العمل؛

3. أنبوب واحد ينقل الماء إلى مكان مرتفع (يتجاوز فرق الارتفاع بين مناطق 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 والتضاريس تتغير بشكل كبير.
7. البناء غير المنتظم يشكل خطرًا خفيًا في مشاريع خطوط أنابيب إمدادات المياه
(1) على سبيل المثال، لا يفي إنتاج ركائز الدفع الأسمنتية للمفاصل الثلاثية والمرفقية والمخفضة والمفاصل الأخرى بالمتطلبات.
وفقًا لـ "اللوائح الفنية لهندسة أنابيب إمداد المياه المصنوعة من كلوريد البوليفينيل الصلب المدفون"، يجب تركيب دعامات إسمنتية عند الوصلات، مثل وصلات التي-تي، والأكواع، والمخفضات، وغيرها من الأنابيب بقطر ≥ 110 مم، لمنع حركة خط الأنابيب. أما "دعامات الخرسانة"، فيجب ألا يقل مستوى انحدارها عن C15، وأن تُصب في الموقع على أساس التربة الأصلي المحفور ومنحدر الخندق. لا تولي بعض فرق البناء اهتمامًا كافيًا لدور ركائز الدفع. فيُثبّتون وتدًا خشبيًا أو يُثبّتون سنًا حديديًا بجوار خط الأنابيب ليكون بمثابة ركائز دفع. أحيانًا يكون حجم ركائز الإسمنت صغيرًا جدًا أو لا يُصبّ على التربة الأصلية. من ناحية أخرى، بعض ركائز الدفع ليست قوية بما يكفي. نتيجةً لذلك، أثناء تشغيل خط الأنابيب، لا تعمل ركائز الدفع وتصبح عديمة الفائدة، مما يُسبب عدم محاذاة وصلات الأنابيب مثل وصلات التي-و-الكوع وتلفها.
(2) لم يتم تركيب صمام العادم التلقائي أو كان موضع التركيب غير معقول.
وفقًا لمبدأ الهيدروليك، يجب تصميم وتركيب صمامات عادم أوتوماتيكية عند أعلى نقاط خطوط الأنابيب في المناطق الجبلية أو التلال ذات التموجات الكبيرة. حتى في المناطق السهلية ذات التضاريس المتموجة الصغيرة، يجب تصميم خطوط الأنابيب بشكل اصطناعي عند حفر الخنادق. هناك تقلبات صعود وهبوط، صعودًا وهبوطًا بشكل دوري، بميل لا يقل عن 1/500، ويُصمم صمام أو صمامان عادم عند أعلى نقطة في كل كيلومتر.
لأنه أثناء عملية نقل المياه عبر خط الأنابيب، يتسرب الغاز ويتراكم في الأجزاء المرتفعة منه، مما قد يُسبب انسدادًا هوائيًا. عند تذبذب معدل تدفق المياه في خط الأنابيب، تستمر جيوب الهواء المتكونة في الأجزاء المرتفعة في الانضغاط والتمدد، مما يؤدي إلى تسرب الغاز. يكون الضغط الناتج عن الانضغاط أكبر بعشرات أو حتى مئات المرات من الضغط الناتج عن ضغط الماء (تقرير عام: بومب بتلر). في هذه الحالة، قد يؤدي هذا الجزء من خط الأنابيب، الذي ينطوي على مخاطر خفية، إلى الحالات التالية:
بعد مرور الماء أعلى الأنبوب، يختفي الماء المتساقط أسفله. ويرجع ذلك إلى أن الوسادة الهوائية في الأنبوب تعيق تدفق الماء، مما يؤدي إلى فصل عمود الماء.
• يتم ضغط الغاز المضغوط في خط الأنابيب إلى الحد الأقصى ويتمدد بسرعة، مما يتسبب في تمزق خط الأنابيب.
عند نقل المياه من مصدر مائي مرتفع باتجاه مجرى النهر بسرعة معينة بفعل الجاذبية، وبعد إغلاق صمام المنبع بسرعة، بسبب قصور فرق الارتفاع ومعدل التدفق، لا يتوقف عمود الماء في الأنبوب المنبع فورًا، بل يظل يتحرك بسرعة معينة. تتدفق هذه السرعة باتجاه مجرى النهر. في هذه الحالة، يتشكل فراغ في خط الأنابيب بسبب عدم تجديد الهواء في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى انكماشه وتلفه بسبب الضغط السلبي.
(3) التربة المستخدمة في الخندق والردم لا تتوافق مع اللوائح.
غالبًا ما تُرى الخنادق غير المؤهلة في المناطق الجبلية، ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود الكثير من الحجارة في مناطق معينة. تُحفر الخنادق يدويًا أو تُفجر بالمتفجرات. قاع الخندق غير مستوٍ بشكل خطير وبه أحجار حادة بارزة. عند مواجهة هذا، في هذه الحالة، ووفقًا للوائح ذات الصلة، يجب إزالة الأحجار الموجودة في قاع الخندق ويجب رصف أكثر من 15 سم من الرمل قبل أن يتم وضع خط الأنابيب. ومع ذلك، كان عمال البناء غير مسؤولين أو اختصارًا ووضعوا الرمال مباشرة دون رصف رمل أو رصف بعض الرمال بشكل رمزي. يتم وضع خط الأنابيب على الأحجار. عند اكتمال الردم وتشغيل المياه، نظرًا لوزن خط الأنابيب نفسه وضغط الأرض الرأسي وحمل السيارة على خط الأنابيب وتراكب الجاذبية، يتم دعمه بواسطة حجر واحد أو أكثر من الأحجار الحادة المرتفعة في أسفل خط الأنابيب. ، تركيز الإجهاد المفرط، من المرجح جدًا أن يتلف خط الأنابيب في هذه المرحلة ويتشقق على طول خط مستقيم في هذه المرحلة. هذا ما يطلق عليه الناس غالبًا "تأثير التسجيل".

4/المقاييس

هناك العديد من التدابير الوقائية ضد المطرقة المائية، ولكن هناك حاجة إلى اتخاذ تدابير مختلفة وفقًا للأسباب المحتملة للمطرقة المائية.
١. يُمكن أن يُخفِّض خفض معدل تدفق أنابيب المياه ضغط المطرقة المائية إلى حدٍّ ما، ولكنه سيزيد من قطر أنابيب المياه ويزيد من استثمار المشروع. عند تصميم أنابيب المياه، ينبغي مراعاة تجنُّب المطبات أو التغيرات الكبيرة في الانحدار لتقليل طولها. كلما زاد طول الأنبوب، زادت قيمة المطرقة المائية عند توقف المضخة. من محطة ضخ واحدة إلى محطتي ضخ، يُستخدم بئر شفط مياه لربط محطتي الضخ.
مطرقة الماء عند توقف المضخة

يُشير ما يُسمى بـ "مطرقة الماء عند توقف المضخة" إلى ظاهرة الصدمة الهيدروليكية الناتجة عن التغيرات المفاجئة في سرعة تدفق مضخة الماء وأنابيب الضغط عند فتح الصمام وتوقفه بسبب انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي أو لأسباب أخرى. على سبيل المثال، قد يؤدي عطل في نظام الطاقة أو المعدات الكهربائية، أو عطل عرضي في وحدة مضخة الماء، وما إلى ذلك، إلى فتح صمام مضخة الطرد المركزي وتوقفها، مما يؤدي إلى حدوث مطرقة مائية عند توقف المضخة. يرتبط حجم مطرقة الماء عند توقف المضخة بشكل أساسي بالرأس الهندسي لغرفة المضخة. كلما ارتفع الرأس الهندسي، زادت قيمة مطرقة الماء عند توقف المضخة. لذلك، يجب اختيار رأس مضخة مناسب بناءً على الظروف المحلية الفعلية.

عند توقف المضخة، قد يصل أقصى ضغط لمطرقة الماء إلى 200% من ضغط التشغيل الطبيعي، أو أعلى من ذلك، مما قد يؤدي إلى إتلاف الأنابيب والمعدات. تتسبب الحوادث العامة في "تسرب المياه" وانقطاعها؛ بينما تتسبب الحوادث الخطيرة في غمر غرفة المضخة بالمياه، وتلف المعدات والمرافق، مما قد يؤدي إلى تلفها أو حتى الإصابة الشخصية أو الوفاة.

بعد توقف المضخة بسبب حادث، انتظر حتى يمتلئ الأنبوب خلف صمام الفحص بالماء قبل تشغيلها. لا تفتح صمام مخرج مضخة الماء بالكامل عند تشغيلها، وإلا ستتعرض لصدمة مائية كبيرة. غالبًا ما تحدث حوادث مطرقة مائية كبيرة في العديد من محطات الضخ في مثل هذه الظروف.

2. قم بإعداد جهاز إزالة المطرقة المائية
(1) استخدام تقنية التحكم بالجهد الثابت
يُستخدم نظام التحكم الآلي PLC للتحكم في المضخة بسرعة تردد متغيرة، وللتحكم تلقائيًا في تشغيل نظام غرفة مضخة إمداد المياه بالكامل. نظرًا لتغير ضغط شبكة أنابيب إمداد المياه باستمرار مع تغير ظروف التشغيل، غالبًا ما يحدث انخفاض أو زيادة في الضغط أثناء تشغيل النظام، مما قد يُسبب بسهولة المطرقة المائية، مما يؤدي إلى تلف الأنابيب والمعدات. يُستخدم نظام التحكم الآلي PLC للتحكم في شبكة الأنابيب. يتم الكشف عن الضغط، والتحكم بالتغذية الراجعة في بدء وإيقاف مضخة المياه وضبط سرعتها، والتحكم في التدفق، وبالتالي الحفاظ على الضغط عند مستوى معين. يمكن ضبط ضغط إمداد المياه للمضخة عن طريق التحكم في الحاسوب الصغير للحفاظ على ثبات ضغط إمداد المياه وتجنب تقلبات الضغط المفرطة. يتم تقليل احتمالية المطرقة المائية.
(2) قم بتثبيت أداة إزالة المطرقة المائية
يمنع هذا الجهاز بشكل أساسي حدوث المطرقة المائية عند توقف المضخة. يُركّب عادةً بالقرب من أنبوب مخرج مضخة الماء. يستخدم ضغط الأنبوب نفسه كقوة لتشغيله تلقائيًا عند انخفاض الضغط. أي أنه عندما يكون الضغط في الأنبوب أقل من قيمة الحماية المُحددة، يُفتح منفذ التصريف تلقائيًا لتصريف الماء. يُستخدم تخفيف الضغط لموازنة ضغط الأنابيب المحلية ومنع تأثير المطرقة المائية على المعدات وخطوط الأنابيب. تُقسم أجهزة إزالة الضغط عمومًا إلى نوعين: ميكانيكية وهيدروليكية. تُعاد أجهزة إزالة الضغط الميكانيكية يدويًا بعد الاستخدام، بينما يُمكن إعادة ضبط أجهزة إزالة الضغط الهيدروليكية تلقائيًا.
(3) قم بتثبيت صمام فحص بطيء الإغلاق على أنبوب مخرج مضخة المياه ذو القطر الكبير

يمكنه القضاء على مطرقة الماء بشكل فعال عندما تتوقف المضخة، ولكن لأن كمية معينة من الماء سوف تتدفق مرة أخرى عندما تتوقف المضخة،واجهة برمجة التطبيقات 609عند تفعيل الصمام، يجب أن يكون لبئر شفط الماء أنبوب فيض. يوجد نوعان من صمامات الفحص بطيئة الإغلاق: صمام المطرقة وصمام تخزين الطاقة. يمكن لهذا النوع من الصمامات ضبط وقت إغلاق الصمام ضمن نطاق معين حسب الحاجة (مرحبًا بكم في متابعة: مضخة بتلر). عادةً، يغلق الصمام بنسبة 70% إلى 80% خلال 3 إلى 7 ثوانٍ بعد انقطاع التيار الكهربائي. أما وقت الإغلاق المتبقي (20% إلى 30%) فيتم ضبطه وفقًا لظروف مضخة الماء وخط الأنابيب، وعادةً ما يكون في نطاق 10 إلى 30 ثانية. تجدر الإشارة إلى أنه عند وجود نتوء في خط الأنابيب وظهور مطرقة مائية، يكون دور صمام الفحص بطيء الإغلاق محدودًا للغاية.
(4) إنشاء برج تنظيم الضغط في اتجاه واحد
يُبنى برج تنظيم الضغط بالقرب من محطة الضخ أو في موقع مناسب على خط الأنابيب، ويكون ارتفاعه أقل من ضغط خط الأنابيب هناك. عندما يكون ضغط خط الأنابيب أقل من مستوى الماء فيه، يُعيد برج تنظيم الضغط الماء إلى خط الأنابيب لمنع انكسار عمود الماء وسد فجوة المطرقة المائية. ومع ذلك، فإن تأثيره في خفض الضغط على المطرقة المائية، بخلاف المطرقة المائية التي تُوقف المضخة، مثل المطرقة المائية التي تُغلق الصمام، محدود. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون أداء الصمام أحادي الاتجاه المستخدم في برج تنظيم الضغط أحادي الاتجاه موثوقًا به تمامًا. في حال تعطل الصمام، قد يُسبب مطرقة مائية كبيرة.
(5) تركيب أنبوب تجاوز (صمام) في محطة الضخ
عندما يعمل نظام المضخة بشكل طبيعي، يتم إغلاق صمام الفحص لأن ضغط الماء على جانب الضغط للمضخة أعلى من ضغط الماء على جانب الشفط. عندما يتوقف انقطاع التيار الكهربائي العرضي عن المضخة فجأة، ينخفض الضغط عند مخرج محطة ضخ المياه بشكل حاد، بينما يرتفع الضغط على جانب الشفط بشكل حاد. تحت هذا الضغط التفاضلي، يدفع الماء عالي الضغط المؤقت في الأنبوب الرئيسي لشفط المياه لوحة صمام الفحص ويتدفق إلى الماء منخفض الضغط المؤقت في الأنبوب الرئيسي لضخ المياه، مما يتسبب في زيادة ضغط الماء المنخفض هناك؛ من ناحية أخرى، مضخة المياه يتم أيضًا تقليل ارتفاع ضغط المطرقة المائية على جانب الشفط. وبهذه الطريقة، يتم التحكم في ارتفاع المطرقة المائية وانخفاض الضغط على جانبي محطة ضخ المياه، وبالتالي تقليل مخاطر المطرقة المائية ومنعها بشكل فعال.
(6) قم بإعداد صمام فحص متعدد المراحل
في خط أنابيب المياه الطويل، أضف واحدًا أو أكثرصمامات الفحصقسّم خط أنابيب المياه إلى عدة أقسام، وركّب صمامًا لا رجعيًا على كل قسم. عند عودة تدفق المياه في الأنبوب خلال المطرقة المائية، يُغلق كل صمام لا رجعي واحدًا تلو الآخر لتقسيم تدفق الطرد العكسي إلى عدة أقسام. نظرًا لصغر رأس الضغط الهيدروستاتيكي في كل قسم من أنبوب المياه (أو قسم تدفق الطرد العكسي)، ينخفض معدل تدفق المياه. زيادة المطرقة. يمكن استخدام هذا الإجراء الوقائي بفعالية في الحالات التي يكون فيها فرق الارتفاع الهندسي لإمدادات المياه كبيرًا؛ ولكنه لا يمنع احتمالية فصل عمود الماء. أكبر عيوبه هي: زيادة استهلاك طاقة مضخة المياه أثناء التشغيل العادي وزيادة تكاليف إمدادات المياه.