ما هي مطرقة الماء وكيفية إصلاحها؟

ما هي مطرقة الماء؟

تحدث المطرقة المائية عند انقطاع مفاجئ للتيار الكهربائي أو إغلاق الصمام بسرعة كبيرة، نتيجةً لقصور تدفق الماء المضغوط، فتتولد موجة صدمية من تدفق الماء، تمامًا مثل صوت المطرقة، ولذلك تُسمى المطرقة المائية. قد تؤدي القوة الناتجة عن موجات الصدمة المتذبذبة لتدفق الماء، والتي تكون أحيانًا شديدة جدًا، إلى إتلاف الصمامات والمضخات.

عند إغلاق صمام مفتوح فجأةً، يتدفق الماء على الصمام وجدار الأنبوب، مما يُحدث ضغطًا. وبفضل جدار الأنبوب الأملس، يصل تدفق الماء اللاحق إلى أقصى حد له بسرعة تحت تأثير القصور الذاتي، مُسببًا تلفًا. هذا هو "تأثير المطرقة المائية" في ميكانيكا الموائع، أي المطرقة المائية الموجبة. يجب مراعاة هذا العامل عند بناء أنابيب إمدادات المياه.

على العكس من ذلك، عند فتح الصمام المغلق فجأةً، يُحدث مطرقة مائية، تُسمى مطرقة مائية سلبية. لهذه المطرقة أيضًا قوة تدميرية معينة، لكنها ليست بنفس قوة المطرقة السابقة. عند انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ لوحدة مضخة المياه الكهربائية أو بدء تشغيلها، يُسبب ذلك صدمة ضغطية وتأثير مطرقة مائية. تنتشر موجة الصدمة الناتجة عن هذا الضغط على طول خط الأنابيب، مما قد يؤدي بسهولة إلى زيادة الضغط المحلي فيه، مما قد يؤدي إلى تمزقه وتلف المعدات. لذلك، أصبحت الحماية من تأثير المطرقة المائية إحدى التقنيات الرئيسية في هندسة إمدادات المياه.
شروط المطرقة المائية

1. يفتح الصمام أو يغلق فجأة؛

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

3. توصيل المياه بأنبوب واحد إلى الأماكن المرتفعة (فرق ارتفاع منطقة إمداد المياه يتجاوز 20 مترًا)؛

4. الرأس الإجمالي (أو ضغط العمل) للمضخة كبير؛

5. سرعة المياه في خط أنابيب المياه كبيرة جدًا؛

6. خط أنابيب المياه طويل جدًا والتضاريس تتغير بشكل كبير.

مخاطر المطرقة المائية

يمكن أن يصل ارتفاع الضغط الناتج عن المطرقة المائية إلى أضعاف، بل عشرات، ضغط التشغيل الطبيعي لخط الأنابيب. تُلحق هذه التقلبات الكبيرة في الضغط أضرارًا بشبكة الأنابيب، بشكل رئيسي، كما يلي:

1. التسبب في اهتزاز قوي لخط الأنابيب وفصل مفصل خط الأنابيب؛

2. الصمام تالف، والضغط الخطير مرتفع للغاية بحيث لا يتسبب في انفجار الأنبوب، وينخفض ضغط شبكة إمداد المياه؛

3. على العكس من ذلك، إذا كان الضغط منخفضًا جدًا، فسوف ينهار الأنبوب، وسوف يتلف الصمام وأجزاء التثبيت؛

4. التسبب في عكس اتجاه مضخة المياه، وإتلاف المعدات أو خطوط الأنابيب في غرفة المضخة، والتسبب بشكل خطير في غمر غرفة المضخة، والتسبب في إصابات شخصية وحوادث كبرى أخرى، والتأثير على الإنتاج والحياة.

التدابير الوقائية للقضاء على المطرقة المائية أو التخفيف منها

هناك العديد من التدابير الوقائية ضد المطرقة المائية، ولكن هناك حاجة إلى اتخاذ تدابير مختلفة وفقًا للأسباب المحتملة للمطرقة المائية.

١. قد يُخفِّض خفض معدل تدفق خط أنابيب المياه ضغط المطرقة المائية إلى حدٍّ ما، ولكنه سيزيد من قطر خط الأنابيب ويزيد من تكلفة المشروع. عند تصميم خطوط أنابيب المياه، يجب مراعاة تجنب المطبات أو التغيرات الحادة في الانحدار. يرتبط حجم المطرقة المائية عند توقف المضخة بشكل أساسي بالرأس الهندسي لغرفة المضخة. كلما ارتفع الرأس الهندسي، زادت المطرقة المائية عند توقف المضخة. لذلك، يجب اختيار رأس مضخة مناسب وفقًا للظروف المحلية الفعلية. بعد توقف المضخة في حادث، انتظر حتى يمتلئ خط الأنابيب خلف صمام الفحص بالماء قبل تشغيل المضخة. لا تفتح صمام مخرج مضخة المياه بالكامل عند تشغيلها، وإلا فسيكون هناك تأثير مائي كبير. تحدث معظم حوادث المطرقة المائية الرئيسية في العديد من محطات الضخ في مثل هذه الظروف.

2. قم بإعداد جهاز إزالة المطرقة المائية

(1) استخدام تكنولوجيا التحكم في الضغط الثابت:
نظراً لتغير ضغط شبكة أنابيب إمداد المياه باستمرار مع تغير ظروف التشغيل، غالباً ما يحدث انخفاض أو زيادة في الضغط أثناء تشغيل النظام، مما يجعله عرضة لخطر المطرقة المائية، مما يؤدي إلى تلف الأنابيب والمعدات. يُستخدم نظام التحكم الآلي للتحكم في ضغط شبكة الأنابيب. يعمل نظام الكشف والتحكم بالتغذية الراجعة في بدء وإيقاف وضبط سرعة مضخة المياه على التحكم في التدفق، ثم الحفاظ على الضغط عند مستوى معين. يمكن ضبط ضغط إمداد المياه للمضخة عن طريق التحكم في الحاسوب الصغير للحفاظ على ثبات ضغط الإمداد وتجنب تقلبات الضغط المفرطة. مما يقلل من خطر المطرقة المائية.

(2) قم بتثبيت أداة إزالة المطرقة المائية

تمنع هذه المعدّة بشكل أساسي حدوث المطرقة المائية عند توقف المضخة. تُركّب عادةً بالقرب من أنبوب مخرج مضخة المياه. تستخدم ضغط الأنبوب نفسه كقوة لتحقيق عمل تلقائي منخفض الضغط، أي عندما يكون الضغط في الأنبوب أقل من قيمة الحماية المُحدّدة، يُفتح المصرف تلقائيًا ويُصرّف الماء. يُساعد تخفيف الضغط على موازنة ضغط الأنابيب المحلية ومنع تأثير المطرقة المائية على المعدات وأنابيب المياه. بشكل عام، يُمكن تقسيم أجهزة إزالة المطرقة المائية إلى نوعين: ميكانيكي وهيدروليكي. إعادة الضبط.

3) قم بتركيب صمام فحص بطيء الإغلاق على أنبوب مخرج مضخة المياه ذات العيار الكبير

يمكن أن يزيل بشكل فعال مطرقة الماء عند إيقاف المضخة ، ولكن نظرًا لوجود كمية معينة من التدفق العكسي للمياه عند تشغيل الصمام ، يجب أن يكون لبئر الشفط أنبوب فيض. يوجد نوعان من صمامات الفحص البطيئة الإغلاق: نوع المطرقة ونوع تخزين الطاقة. يمكن لهذا النوع من الصمام ضبط وقت إغلاق الصمام ضمن نطاق معين وفقًا للاحتياجات. بشكل عام ، يتم إغلاق 70٪ إلى 80٪ من الصمام في غضون 3 إلى 7 ثوانٍ بعد انقطاع التيار الكهربائي ، ويتم ضبط وقت إغلاق 20٪ إلى 30٪ المتبقية وفقًا لظروف مضخة المياه وخط الأنابيب ، بشكل عام في نطاق 10 إلى 30 ثانية. تجدر الإشارة إلى أن صمام الفحص البطيء الإغلاق فعال للغاية عندما يكون هناك حدبة في خط الأنابيب لجسر مطرقة الماء.

(4) إنشاء برج زيادة أحادي الاتجاه

يُبنى بالقرب من محطة الضخ أو في موقع مناسب من خط الأنابيب، ويكون ارتفاع برج الحماية من التسرب أحادي الاتجاه أقل من ضغط خط الأنابيب هناك. عندما يكون ضغط خط الأنابيب أقل من مستوى الماء في البرج، يُغذي برج الحماية من التسرب خط الأنابيب بالماء لمنع كسر عمود الماء وتجنب المطرقة المائية. ومع ذلك، فإن تأثيره في تخفيف الضغط على المطرقة المائية، باستثناء 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 الحماية من التسرب أحادي الاتجاه موثوقًا به تمامًا. في حال تعطل الصمام، قد يؤدي ذلك إلى حوادث خطيرة.

(5) تركيب أنبوب تجاوز (صمام) في محطة الضخ

عندما يعمل نظام المضخة بشكل طبيعي، يُغلق صمام الفحص لأن ضغط الماء على جانب ضغط الماء في المضخة أعلى من ضغط الماء على جانب الشفط. عندما يُوقف انقطاع التيار الكهربائي المضخة فجأة، ينخفض الضغط عند مخرج محطة الضخ بشكل حاد، بينما يرتفع الضغط على جانب الشفط بشكل حاد. تحت هذا الضغط التفاضلي، يكون الماء عالي الضغط المؤقت في الأنبوب الرئيسي لشفط الماء هو الماء منخفض الضغط المؤقت الذي يدفع لوحة صمام الفحص بعيدًا ويتدفق إلى الأنبوب الرئيسي لضغط الماء، ويزيد من ضغط الماء المنخفض هناك؛ من ناحية أخرى، يتم أيضًا تقليل دفعة مطرقة الماء على جانب الشفط. وبهذه الطريقة، يتم التحكم في ارتفاع وانخفاض مطرقة الماء على جانبي محطة الضخ، وبالتالي تقليل مخاطر مطرقة الماء ومنعها بشكل فعال.
(6) ضبط صمام الفحص متعدد المراحل

في خط أنابيب المياه الأطول، يُضاف صمام فحص واحد أو أكثر، ويُقسّم خط الأنابيب إلى عدة أقسام، ويُركّب صمام فحص على كل قسم. عند عودة تدفق الماء في الأنبوب خلال عملية المطرقة المائية، تُغلق صمامات الفحص واحدة تلو الأخرى لتقسيم تدفق الطرد الخلفي إلى عدة أقسام. نظرًا لصغر رأس الضغط الهيدروستاتيكي في كل قسم من أنبوب المياه (أو قسم تدفق الطرد الخلفي)، ينخفض تدفق الماء. تعزيز المطرقة. يُمكن استخدام هذا الإجراء الوقائي بفعالية في الحالات التي يكون فيها الفرق الهندسي في ارتفاع مصدر المياه كبيرًا؛ ولكنه لا يُلغي احتمالية فصل عمود الماء. من أكبر عيوبه: زيادة استهلاك طاقة مضخة المياه أثناء التشغيل العادي، وزيادة تكلفة إمداد المياه.

(7) يتم تركيب أجهزة العادم وتزويد الهواء الأوتوماتيكية في أعلى نقطة في خط الأنابيب لتقليل تأثير المطرقة المائية على خط الأنابيب.