اثر ابعاد مخازن هوای تحت فشار در مهار فشارهای ماکزیمم و مینیمم ضربه قوچ
چکیده
جریان ناماندگار یا گذرا (Transient) زمانی ایجاد می شود که شرایط جریان از یک حالت دائمی به یک حالت دائمی دیگر تغییر پیدا کند. از خصوصیات بارز جریانهای ناماندگار ، پیچیدگی معادلات حاکم و میرا بودن آن است. یک نوع خاص از جریانهای میرا ، ضربه قوچ می باشد که در اثر تغییر ناگهانی سرعت در جریان سیال درون مجرا تغییرات ناگهانی فشار ایجاد و منتشر می گردد. در نتیجه آن فشارهای مثبت و منفی در خطوط لوله به وجود می آید که می تواند به خطوط انتقال خسارت های زیادی وارد سازد.لحاظ نکردن اثر ضربه قوچ در طراحی خطوط انتقال تاکنون باعث بروزخسارت های بیشماری درخطوط انتقال شده است.از سوی دیگر طراحی خطوط انتقال ، با لحاظ ضریب اطمینان در مقابل فشارهای مثبت و منفی مستلزم صرف هزینه بیشتر می باشد.همچنین درصورت تشکیل فشار منفی (Down surge) کمتر از فشار بخار مایع که باعث تشکیل بخار و جدایی ستون آب و کاویتاسیون میشود ، علیرغم ضریب اطمینان بالای تاسیسات ، بروز خسارت در طول بهره برداری انکار ناپذیر است. بنابراین محاسبه ضربه قوچ و لحاظ تجهیزات مناسب جهت مقابله با آن در خطوط انتقال ضروری می باشد. از جمله تجهیزاتی که توان مهار هر دو فاز فشاری مثبت و منفی را دارد مخزن تحت فشار (Air chamber) می باشد. در این مقاله سعی برآن است که تجارب دانشمندان مختلف در زمینه روشهای مختلف مهار ضربه قوچ مورد بررسی قرار گرفته و مکانیزم عملکرد مخزن تحت فشار و ابعاد بهینه آن (حجم ، قطر، ضخامت، زاویه تبدیل و …) در فشارهای مثبت ومنفی با توجه به معادلات حاکم تحلیل شده، سپس تاثیر مخزن تحت فشار (Air chamber) برای یک مثال واقعی بررسی شده و نتایج آن ارائه شده است .
اثر ابعاد مخازن هوای تحت فشار در مهار فشارهای ماکزیمم و مینیمم ضربه قوچ
خسروجردی: دکتری تاسیسات آبی – عضو هیات علمی دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات
مهدی اسدی نیازی: دانشجوی کارشناس ارشد سازه های آبی- دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران . 9141534095 آدرس : اردبیل – نیار-خ شهداء نیار – کوچه شهید یعقوبی-پلاک 472m.asadiniazi@gmail.com امیر
چکیده
جریان ناماندگار یا گذرا (Transient) زمانی ایجاد می شود که شرایط جریان از یک حالت دائمی به یک حالت دائمی دیگر تغییر پیدا کند. از خصوصیات بارز جریانهای ناماندگار ، پیچیدگی معادلات حاکم و میرا بودن آن است. یک نوع خاص از جریانهای میرا ، ضربه قوچ می باشد که در اثر تغییر ناگهانی سرعت در جریان سیال درون مجرا تغییرات ناگهانی فشار ایجاد و منتشر می گردد. در نتیجه آن فشارهای مثبت و منفی در خطوط لوله به وجود می آید که می تواند به خطوط انتقال خسارت های زیادی وارد سازد.لحاظ نکردن اثر ضربه قوچ در طراحی خطوط انتقال تاکنون باعث بروزخسارت های بیشماری درخطوط انتقال شده است.از سوی دیگر طراحی خطوط انتقال ، با لحاظ ضریب اطمینان در مقابل فشارهای مثبت و منفی مستلزم صرف هزینه بیشتر می باشد.همچنین درصورت تشکیل فشار منفی (Down surge) کمتر از فشار بخار مایع که باعث تشکیل بخار و جدایی ستون آب و کاویتاسیون میشود ، علیرغم ضریب اطمینان بالای تاسیسات ، بروز خسارت در طول بهره برداری انکار ناپذیر است. بنابراین محاسبه ضربه قوچ و لحاظ تجهیزات مناسب جهت مقابله با آن در خطوط انتقال ضروری می باشد. از جمله تجهیزاتی که توان مهار هر دو فاز فشاری مثبت و منفی را دارد مخزن تحت فشار (Air chamber) می باشد. در این مقاله سعی برآن است که تجارب دانشمندان مختلف در زمینه روشهای مختلف مهار ضربه قوچ مورد بررسی قرار گرفته و مکانیزم عملکرد مخزن تحت فشار و ابعاد بهینه آن (حجم ، قطر، ضخامت، زاویه تبدیل و …) در فشارهای مثبت ومنفی با توجه به معادلات حاکم تحلیل شده، سپس تاثیر مخزن تحت فشار (Air chamber) برای یک مثال واقعی بررسی شده و نتایج آن ارائه شده است .
واژه های کلیدی : ضربه قوچ،جریان غیر ماندگار, جریان میرا, کاویتا سیون , مخزن تحت فشار
مقدمه
سهم کشور ایران از منابع آب شیرین با جمعیتی در حدود یک درصد جمعیت جهان تنها حدود36/0 درصد است. سرانه آب هر نفر در کشور ما از منابع آب تجدید شونده درسالهای اخیر روند نزولی داشته است،بطوریکه این میزان از حدود 6305 مترمکعب درسال1334 به 2025 مترمکعب در سال 1369 کاهش یافته است وپیش بینی می شود که این رقم در سال 1394 به 816 مترمکعب برسد.این در حالی است که سازمان خواروبار جهانی (FAO) متوسط سرانه کمتر از 1000مترمکعب را مرز بحرانی می داند.
با وجود اینکه منابع آب کشور محدود است وجمعیت کشور روند فزاینده ای دارد،لیکن متوسط بهره وری از هر متر مکعب آب در بخش کشاورزی کم وبراساس آمارنامه کشاورزی سال زراعی1383-1382حدود 750 گرم می باشد،ضمن آنکه متوسط راندمان آبیاری نیز در کشور پایین است.
از جمله راههای دستیابی به راندمان بالای آبیاری و استفاده بهینه آز آب آبیاری ،توسعه روشهای مدرن آبیاری همراه با بهره برداری بهینه است.روشهای آبیاری تحت فشار به علت ماهیت آنها دارای راندمان کاربرد بالا ودر عین حال (درصورت افزایش آگاهی ودانش بهره وران) سهولت بهره برداری است.
همانطور که میدانیم در سیستمهای آبیاری تحت فشار میزان سرمایه گذاری اولیه(در مقایسه با روش آبیاری سطحی)نسبتا زیاد بوده و برای استفاده از آن،نیاز به مقادیر زیادی لوله،آبپاش،قطره چکان و سایر وسایل و تجهیزات گرانقیمت میباشد.عامل اصلی در موفقیت روش آبیاری تحت فشار طراحی صحیح با در نظر گرفتن مبانی هیدرولیکی دقیق و همچنین اجراو نگهداری مناسب از سیستم است.
یکی از مسائلی که همواره سیستمهای آبیاری تحت فشار با آن مواجه بوده و برای خطوط انتقال و شبکه لوله ها خسارت وارد میکند مسئله ضربه قوچ[1] است. سیستمهای آبیاری زیادی در کشور وجود دارد که به دلیل عدم توجه به مسئله ضربه قوچ در طراحی متحمل خارت شده و کارایی موفقیت آمیزی نداشته و بجز هدر رفت سرمایه چیزی را عاید صاحب آن نکرده است.
این پدپده در مواقعی که پمپها بطور ناگهانی از کار میافتند و یا شیرهای قطع و وصل بطور نامناسب باز و بسته میشوند، اتفاق میافتد. با خاموش شدن پمپ و یا بسته شدن شیر قطع و وصل جریان، سرعت جریان به یکباره در فاصله زمانی کوتاهی کاهش یافته و به صفر نزدیک میشود. از تغییر ناگهانی سرعت، موج فشاری در داخل لوله تولید میشود که انعکاس و برگشت آن، میتواند از پمپ عبور نموده و آسیب دیدگی پمپ را بدنبال داشته باشد. همچنین اگر قدرت موج فشاری بیشتر باشد میتواند به اتصالات و لوله های خط انتقال نیز آسیب وارد سازد.جهت مقابله با امواج فشاری ضربه قوچ روشها و تجهیزات مختلفی و جود دارد .محفظه هوا[2] در میان تجهیزات مقابله با ضربه قوچی بیشترین و ایده آل ترین امکانات را در مقابل پدیده ضربه قوچی فراهم میکند.
حالت ناپایدار یا میرای هیدرولیکی[3]
جریان میرای هیدرولیکی زمانی اتفاق میافتد که پمپها از کار بیفتند ویا شیر فلکه آب بسته شود. در این حالت سرعت جریان بطور ناگهانی صفر میشود و در نتیجه آن انرژی جنبشی به موج فشاری تبدیل شده و تولید ضربه بسیار قوی بنام ضربه آبی ضربه قوچ در خط انتقال مینماید. ضربه ایجاد شده در برخورد با مانع انعکاس پیدا کرده و بسمت عقب برمیگردد. این عمل بطور متناوب انجام شده و ارتعاش ایجاد میکند. با وجود اصطکاک در طول خط لوله، از شدت انعکاس موج فشاری در گامهای زمانی کاسته میشود و زمانی فرا میرسد که انعکاس به صفرنزدیک میشود و بدین خاطر به این حالت از جریان، میرای هیدرولیکی گفته میشود. چنانکه در قبل نیز اشاره شد، انعکاس و برگشت موج میتواند بر پروانه پمپ آسیب وارد سازد. برای حفاظت پروانه پمپ، یک شیر فلکه یکطرفه در ابتدای لوله آبده و درست بعد از پمپ نصب میشود. علاوه بر آن، ضربه قوچ اغلب با سروصدای نامطلوبی همراه است. ولی مهمترین عوارض ضربه قوچ، افزایش سریع فشار در لوله میباشد. ضربه قوچ هم در لوله مکش و هم در لوله رانش بوجود میآید. عوامل ایجاد کننده ضربه قوچ عبارتند از:
1-روشن وخاموش کردن ناگهانی پمپ.
2- قطع ناگهانی برق.
3- تغییر ناگهانی دور پمپ.
4- باز و بستن سریع شیر فلکه و یا هر وسیلهای که جریان را کنترل مینماید.
ضربه قوچ علاوه بر اینکه فشار مثبت را افزایش میدهد، میتواند باعث ایجاد فشار منفی شود. بعبارت دیگر فشار را میتواند در داخل لوله به اندازهای کاهش دهد که خط گرادیان هیدرولیکی در زیر پروفیل خط لوله واقع شده و در داخل لوله فشار منفی بوجود میآید. در چنین حالتی سیال داخل لوله بخار شده و باعث تولید حباب میشود. حبابهای ایجاد شده در نقاط پرفشار خط انتقال ترکیده و باعث خوردگی لوله و پروانه پمپ شده و مشکلات زیادی را بهمراه میآورد. برای انجام محاسبات ضربه قوچ و موقعیت فشارهای مثبت و منفی ایجادشده در اثر ضربه قوچ از نرمافزاری به نام Hammer استفاده شده است
تغییرات فشار بر اثر تغییرات ناگهانی سرعت
مقدار ضربه قوچ در نتیجه وجود محیط قابل ارتجاع تقلیل می یابد که این اصل می تواند موثرترین روش جلوگیری از زیان ضربه قوچ باشد. اگر جریانی از درون لوله عبور کند،به شرط آنکه لوله و مایع هر دو محیط قابل ارتجاع فرض شوند ، مقدار ضربه قوچ کم می شود.سیال در نتیجه فشار طولش کوتاه می گردد و لوله منبسط گردیده و قطور می شود و ازدیاد فشار به صورت موج با سرعت (a) انتشار پیدا می کند که این سرعت موج نزدیک به سرعت صوت و در حدود 1000 متر بر ثانیه است.جهت روشن شدن مطلب یک قسمت از لوله به طول dx که در آن آب با سرعت ثابت (v) به طور دائم جریان دارد انتخاب می کنیم. (شکل1-1)[2]
شکل(1) حرکت موج در لوله دارای خاصیت الاستیک
سرعت جریان v در زمان dt در مقطع 2 به مقدار صفر تنزل می کند و موج فشاری که بوجود می اید با سرعت موج (a) بعد از زمان dt به مقطع 1 که فاصله آن از مقطع2برابر dx است میرسد.برای ستون مایع واقع بین دو مقطع 1و 2 میتوان قانون نیوتن را بیان کرد. مقدار نیروی موثر برابر است با 
و چون مقدار سرعت ابتدا برابرv بوده و سپس به مقدار صفر تنزل پیدا می کند،تغییر اندازه حرکت این ستون مایع برابر است با:
(1)
اگر چنانچه dx=adt منظور شود و نیرو برابر با تغییر اندازه حرکت قرار داده شود خواهیم داشت:
(2 ) 
و سپس رابطه زیر به دست می آید:
(3) 
محفظه های هوای[4]
محفظه بسته ای است که در بخش بالایی آن با استفاده از کمپرسور هوا ،هوای فشردهتزریق و در بخش پایینی آن آب اضافه ناشی از جریان میرای هیدرولیکی ایستگاه های پمپاژ هدایت میشود.این وسیله هم در فاز فشاری منفی و هم در فاز فشاری مثبت عمل میکند. بدین معنی که هم از گسیختگی ستون آب جلوگیری میکند و هم اضافه فشار ناشی از جریانهای میرا را مستهلک میکند.مخازن تحت فشار معمولا در قسمت لوله رانش پمپ نصب میشوند.برای محدود کردن جریان آب به داخل مخزن یا از مخزن به خط انتقال معمولا یک روزنه به نام گلویی[5] در پایین محفظه هوایی و بالای خط لوله تعبیه میشود.
مخازن تحت فشار به دو طریق به خط لوله وصل میشوند
- اتصال مستقیم
- اتصال با سیستم کنارگذر
عامل تعیین کننده در هدایت جریان آب به داخل محفظه هوایی یا خروج از آن افت فشار در محل گلویی است. برای جلوگیری از فشارهای منفی ناشی از جریانهای میرا در خطوط لوله که موجب جدایی ستون آب میشود،خروج جریان آب از محفظه باید به طور آزاد و به سهولت امکان پذیر باشد.به طوری که حداقل افت را ایجاد کند و مسیر ورود جریان آب به داخل محفظه نیز باید طوری طراحی شود که افت فشار زیادی ایجاد کند. تا خاصیت کوبیدگی[6] داشته باشد و از افزایش فشار بیش از حد جلوگیری کند. بدین دلیل معمولا یک شیر یکطرفه نیز بین پمپ و مخزن هوا و بر روی خط انتقال نصب میشود. هنگام قطع نیروی محرکه پمپ فشار در داخل خط لوله انتقال کاهش یافته و مایع با باز شدن شیر یکطرفه از محفظه هوایی به داخل خط انتقال جاری میشود و چنانچه جریان در خط لوله معکوس گردد شیر یکطرفه سریعا بسته شده و جریان مایع به داخل
محفظه هدایت میشود.
با توجه به اینکه ممکن است حجم هوای فشرده در بالای سطح آب در محفظه هوا بر اثر نشت یا حل شدن در آب کاهش یابد،بدین دلیل معمولا از کمپرسورهای هوا جهت نگهداری حجم هوا در حد معین استفاده کرد. با توجه به اینکه کمپرسورهای هوا نیز ممکن است حین کار دچار اختلال شوند یا اینکه هوا را بانوسان به مخزن هدایت کنند که و همچنین ممکن است آب از مخزن به سمت کمپرسور سرریز شده و به کمپرسور صدمه بزند بهتر است بین مخزن و کمپرسور از یک مخزن ذخیره هوا استفاده شود.
در طراحی مخازن هوا باید به چند نکته توجه نمود:
- اندازه مخزن نباید باندازه ای کوچک باشد که به سرعت خالی شده و باعث ورود هوا بداخل لوله گردد
- حجم هوای بالای مخزن بایستی باندازه ای باشد که هنگامیکه آب وارد خط لوله میگردد تغییرات فشار هوا خیلی زیاد نشود. چنانچه حجم هوای موجود کوچک انتخاب شود ،تغییرات فشار نیز زیاد بوده و عملا کمکی به کنترل کاهس یا افزایش فشار نخواهد کرد
- آقای پارماکیان بر اساس نتایج آزمایشگاهی توصیه میکند که افت ورودی محفظه هوا در حدود5/.2 برابر دهانه خروجی باشد. از این رو دهانه های ورودی به شکل زنگ که دهانه گشاد آن به لوله رانش متصل میباشد مناسب است.
شکل(2) شماتیک یک مخزن فشار
- قطر لوله خروجی از محفظه را در حدود ½ قطر لوله اصلی میسازند تا حداقل افت در مسیر اتصال به لوله ایجاد شده و تخلیه آب یا سیال از محفطه به نحو مناسبی انجام گردد.
محققانی چون پارماکیان ، آلیوی، انگلر و آنگوس کاربرد محفظه های هوایی در ایستکاههای پمپاژ بمنظور کنترل جریان میرا در ایستگاههای پمپاژ را مورد بررسی قرار داده و نمودارهایی برای تعیین اندازه محفظه های هوایی ارائه کرده اند. اما این نمودارها حجم هوا را برای مهند طراح بطور تقریبی ارائه مینماید و چنانچه طرح به مرحله نهایی نزدیک میشود لازم است از مبانی دقیق طرح و محاسبه استفاده نمود. در این راستا برای حل معادلات حاکم بر مسائل ضربه قوچ از روش مشخصه استفاده میشود.]1[
معادلات حاکم برای جریان حالت ناپایدار
همانطور که اشاره شد به منظور تجزیه و تحلیل پدیده چکش آبی و حل مسائل آن در طرحهای سیستم انتقال نظریه ها و روشهای مختلفی توسط افراد مختلف ارائه شده است.نظریه های ارائه شده در این زمینه عبارتند از:
- رفتار ستون صلب [7]
- رفتار کشسانی یا قابلیت انعطاف پذیری2
هر دو روش تجزیه و تحلیل حالت جریان ناپایدار از دارای معادلات حاکم مشابهی هستند.در نرم افزار Hammer از مدل پیشرفته تئوری الاستیک جهت تجزیه و تحلیل جریان استفاده شده است.ولی در بعضی جاها جهت تسریع در حل معادلات از روش ستون صلب نیز استفاده میشود.
جهت تعیین مقادیر V و p در حالت جریان یک بعدی باید از معادلات ممنتم و پیوستگی استفاده گردد و در صورتیکه فرضیات و داده ها جهت مدل کردن سیستم واقعی باشند با حل این معادلات به نتایج قابل قبولی خواهیم رسید.
معادله پیوستگی برای جریان ناپایدار
معادله پیوستگی از قانون تغییرات جرم تبعیت میکند/فرم کلی معادله پیوستگی برای جریان ناپایدار عبارت است از:
(4)
که در آن
سرعت موج a= ، میانگین سرعت در لوله در جهت محورx =V ، خط گرادیان هیدرولیکی= H
مولفه دوم واقع در سمت چپ معادله نسبت به مولفه های دیگر خیلی کوچک است و میتوان از آن صرف نظر کرد بنابراین معادله اصلی پیوستگی مورد استفاده عبارت است از:]3[
(5)
معادله حرکت برای جریان ناپایدار
معادله حرکت با در نظر گرفتن نیروهای وارد به یک جزء کوچک از سیال در حال حرکت در داخل لوله به دست می آید که تنش برشی جدار لوله و لزجت را نیز در بر میگیرد/معادله حرکت سه بعدی یک سیال در سیستم واقعی با استفاده از معادلات ناویر- استوکس[8] قابل بدست می آیند/ اما با توجه به اینکه جریان در جداره لوله تقریبا صفر است می توان از حالت یک بعدی جریان استفاده نمود:
(6)
که در این معادله:
ضریب اصطکاک دارسی-ویسباخ=f ، قطر داخلی لوله=D ، سرعت سیال=V ، وزن مخصوص سیال=γ
مولفه آخر واقع در سمت چپ معادله مربوط به افت اصطکاک در جهت حرکت سیال میباشد:
(7)
مولفه اول واقع در سمت چپ مربوط به شتاب کلی و مولفه دوم شتاب انتقالی است که معمولا از آن صرف نظر میشود بنابر این خواهیم داشت:]3[
(8)
معادله تراکم گازها
(9) 
در این معادله ،Pa فشار اتمسفر،
حجم هوای فشرده ، n توان که بین 4/1>n >1 میباشد و اندیس "0"نشان دهنده این است که مقادیر فشار و حجم در حالت ماندگار میباشد.
به دلیل پیچیدگی معادلات حاکم بر ضربه قوچ ونیزپیچیدگیروشهای حل معادلات فوق(روشهای عددی مثل روش مشخصه و تفاضل محدود و ...)و همچنین بدلیل زیادی اعداد و ارقام و پارامترها در حل این معادلات ،احتمال وقوع خطا در محاسبات زیاد است.لذا در عصر حاضر که عصر کامپیوتر است استفاده از کامپیوتر در حل چنین مسائلی بسیاری از مشکلات فوق را حل نموده است.جهت حل مسائل ضربه قوچ برنامه های کامپیوتری مختلفی ارائه شده است . نرم افزار Hammer یکی نرم افزارهایی است که بر اساس معادلات حاکم بر ضربه قوچ و روش مشخصه تولید شده و از قابلیت بسیار بالایی در حل مسائل ضربه قوچ دارد.
در بخش بعد اثر مخزن تحت فشار در یک پروژه خط بررسی شده و ابعاد مختلف مخزن و قطر گلویی آنها با هم مقایسه خواهد شد.
معرفی پروژه
پروژه مورد نظر خط انتقالی است که جهت انتقال آّ ب طراحی شده است این خط شامل 3 دستگاه پمپ است که 2 دستگاه در حال کار و یک عدد به عنوان پمپ ذخیره استفاده میشود.این خط شامل لوله ای از جنس پلی اتیلن با قطر 280 میلیمتر و طول 3620 متر است.
کالیبره کردن نرم افزار Hammer
قبل از انجام آزمایش و مطالعه در مورد مسائل مختلف پدیده چکش آبی و اعمال روشهای مختلف جهت پیشگیری از آثار مخرب چکش آبی لازم است که این نرم افزار با نتایج یک یا چند مدل فیزیکی با ارزیابی میدانی، مقایسه و یا کالیبره گردد.]6[
جهت کالیبره کردن و تعیین ضریب خطای این نرم افزار از نتایج یک مدل فیزیکی استفاده شده است که توسط آنتون برگانت (Anton bergant) از اسلونی که در سال2003با همکاری افرادی چون آریس تیجسلینگ (Arris Tijsseling) از دانشگاه تکنولوژی آیندهون هلند، جان ویتوفسکی(John vitkovsky)،آنگوس سیمپسون(Angus simpson) و مارتین لامبرت(Martin Lambert) از دانشگاه آدلاید استرالیا و دیدا کواس (Dida covas) از پرتقال مورد آزمایش قرار گرفته است. در این مقاله نتایج آزمایشهای اثر پارامترهای مختلف نظیر زبری، خاصیت الاستیک جدار لوله،تراوش و مکش در کاهش موج چکش آبی بدست آمده است.
مدل مورد نظر خط لوله ای است که برای تحقیق در مورد اشکال امواج چکش آبی در آزمایشگاه هیدرولیک روبین(Robin) دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه آدلاید(Adelaide) ساخته شده است. این نمونه شامل خط لوله ایست از جنس مس به طول 2/37 متر ، قطر داخلی 22 میلیمتر و ضخامت جدار 6/1 میلیمتر که شیب آن رو به بالا است. موج چکش آبی با بسته شدن سریع شیر موجود در پایین دست ایجاد میشود.سرعت اولیه در خط لوله برابر V0=0/2m/s ،تراز سطح آب در تانک شماره 2 برابر=32 m HT زمان بسته شدن شیر tc=0/009 s و سرعت موج چکش آبی a=1319 m/s میباشد.
شکل(3) مدل آزمایشگاهی با لوله مسی(L=32/7m, Pipe Diameter D=22mm)
مطالعه تغییرات هد سیستم
با توجه به جدول (1) درصد تغییرات کل هد حاصل از امواج چکش آبی سیستم برای قسمت میانی خط لوله از رابطه زیر محاسبه شده است.
|
زمان |
هد(H) در مدل فیزیکی |
هد(H) در نرم افزار |
|
|
|
|
1 |
0/02 |
32/282 |
32/564 |
0/018 |
2/018 |
|
2 |
0/05 |
57/452 |
58/582 |
0/071 |
3/591 |
|
3 |
0/08 |
8/187 |
5/358 |
0/177 |
0/512 |
|
4 |
0/106 |
7/888 |
5/342 |
0/159 |
0/493 |
|
5 |
0/162 |
57/381 |
57/948 |
0/035 |
3/586 |
|
6 |
0/22 |
7/819 |
5/836 |
0/124 |
0/489 |
|
7 |
0/250 |
33/552 |
31/289 |
0/141 |
2/097 |
|
8 |
0/305 |
30/970 |
31/821 |
0/053 |
1/936 |
|
9 |
0/358 |
31/787 |
32/070 |
0/018 |
1/987 |
|
10 |
0/419 |
8/820 |
6/560 |
0/141 |
0/551 |
|
11 |
0/449 |
34/539 |
31/164 |
0/211 |
2/159 |
|
12 |
0/531 |
11/564 |
6/207 |
0/335 |
0/723 |
|
13 |
0/612 |
51/722 |
55/967 |
0/265 |
3/233 |
|
14 |
0/671 |
12/344 |
6/402 |
0/371 |
0/772 |
|
15 |
0/753 |
31/816 |
31/539 |
0/017 |
1/988 |
|
16 |
0/783 |
14/256 |
6/897 |
0/460 |
0/891 |
|
SUM |
|
|
|
2/597 |
27/024 |
|
Rv |
|
|
|
0/096 |
|
جدول (1) محاسبه تغییرات نسبی هد[9] در وسط خط لوله
نمودار (1) تغییرات هد نسبت به زمان در وسط خط لوله
بررسی مقایسه هد سیستم خط لوله در نمودار شکل (5-1) نشان می دهد که نسبت تغییرات مقادیر هد اندازه‌گیری شده از مدل فیزیکی به مقادیر هد بدست آمده توسط نرم افزار Hammer حدود 96% میباشد ، بنابراین میتوان ادعا کرد که نتایج حاصل از مدل نرم افزاری با نتایج حاصل از مدل فیزیکی تطابق خوبی دارد.
بررسی شرایط ناپایدار هیدرولیکی
شرایط ناپایدار هیدرولیکی شرایطی است که در آن مشخصه های جریان در نقاط مختلف دارای تغییرات زمانی هستند.به عبارت دیگر
یعنی سیستم پذیرای شوک های ناگهانی در اثر جریان است این شوکهای ناگهانی که باعث میشوند شرایط کار سیستم از حالت پایدار دینامیکی موجود به حالت ناپایدار تبدیل شوند موجهای مثبت و منفی بوجود می آورند که باعث ضربه آبی میشوند.
جهت تحلیل خط انتقال فوق و پیشنهاد مخزن با ابعاد مناسب آزمایشهایی به شرح زیر ،در خط انتقال صورت گرفته است:
1- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 800 لیتر و قطر گلویی 100 میلیمتر.
2- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 800 لیتر و قطر گلویی 80 میلیمتر.
3- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 1000 لیتر و قطر گلویی 100 میلیمتر.
4- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 1000 لیتر و قطر گلویی 80 میلیمتر.
5- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 2000 لیتر و قطر گلویی 100 میلیمتر.
6- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 2000 لیتر و قطر گلویی 80 میلیمتر.
7- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 2500 لیتر و قطر گلویی 100 میلیمتر.
8- تانک ضربه گیر تحت فشار با حجم 2500 لیتر و قطر گلویی 80 میلیمتر.
(نمودار1) نمودار هد- زمان، بدون تجهیزات
( نمودار2) نمودار هد - زمان با مخزن به حجم 800 لیتر، قطر گلویی 100mm و80 mm
( نمودار3) نمودار هد - زمان با مخزن به حجم 1000 لیتر، قطر گلویی 100mm و80 mm
( نمودار4) نمودار هد - زمان با مخزن به حجم 2000 لیتر، قطر گلویی 100mm و80 mm
( نمودار5) نمودار هد - زمان با مخزن به حجم 2500 لیتر، قطر گلویی 100mm و80 mm
( نمودار6) نمودار هد - زمان ، قطر گلویی 100mm
( نمودار7) نمودار هد - زمان ، قطر گلویی80mm
نتیجه گیری
آزمایشهای انجام شده بر روی خط انتقال با استفاده از مخزن تحت فشار با حجم و قطر گلویی مختلف نشان میدهد که در این خط انتقال تغییرات قطر گلویی مخزن با توجه به شرایط خط انتقال و نظر به اینکه در این خط انتقال به دلیل قطر لوله خط در تعیین اندازه قطر گلویی محدودیت وجود دارد، تاثیر زیادی در کاهش نوسانهای حاکم بر خط انتقال ندارد و همانطور که در نمودارهای (1) تا(7) نشان داده شده،تغییرات حجم مخزن تاثیر قابل ملاحظه ای در نوسان امواج حاصل از ضربه قوچی دارد. در خط انتقال آب مورد آزمایش، مخزن هوای تحت فشار با حجم 2500 لیتر و قطر گلویی 100 میلیمتر مناسبترین گزینه جهت مقابله با ضربه قوچ میباشد. با توجه به نتایج فوق در صورت اهمیت مسئله اقتصادی و شرایط اجرای مخزن تحت فشار میتوان از مخزن هوای تحت فشار 1000 لیتر نیز استفاده نمود.البته ممکن است این گزینه در دراز مدت برای خط انتقال مشکل ساز باشد.
منابع وماخذ
1-دکتر محمد نجمایی.و"ضربه قوچ" ،استاد دانشگاه علم و صنعت،انتشار مولف،1374.
2-فیروز تربیت،"هیدرولیک ایستگاه های پمپاژ"،استاد دانشکده فنی دانشگاه تهران،نشر و ترجمه امور آب،1369.
3- امیر خسروجردی، محمد شاه محمدی مهرجردی " بررسی هیدرولیکی سرریز اوجی در شرایط قوس محوری" در شرف چاپ،1386
4-streeter,V.L and Benjamin,W. , “Hydraulic Transient” McGraw-Hill company,newyork,1960
5- Parmakian,john, “water hammering analysis” Dover publications,INC,new York 1955.
6-stephanson,D (1989).”pipline desigen for water engineering”3rd ED., Elsevier,Amesterdam.
7- stephanson;D(2002).”Simpel Guide for DEsigen of Air Vessels for water hammer Protection of Pumping Lines”Journal OF Hydraulic Engineering . ASME,PP.0733-4929
8-Antonio Roasario Di santo;Umberto Fratino;Vito lacobellis;AlbertoFerruccio Piccinni;(2002)”Effect of Outflow in Rising Mains with Air chamber” Journal OF Hydraulic Engineering .ASME,PP.999-1001
9-Chaudrhry,M.H,”Applied Hydraulic Transients”,1987,Van Nostrand Reinhold Cmpany,New York
10-Jaeger,C.”Areview of Surge Tank Stabilioty Criteria”1960,J.of Basic Engineerig,ASME,PP.765-783
گروه: فنی و مهندسی کلمات کلیدی:
