כיצד לפתור את בעיית פטיש המים?

מהו פטיש מים?
פטיש מים נמצא בהפסקת חשמל פתאומית או בשסתום סגור מהר מדי, עקב האינרציה של זרימת המים בלחץ, נוצר גל הלם הזרימה, ממש כמו פטיש, מה שנקרא פטיש מים.הכוח הלוך ושוב של גל הלם המים, לפעמים גדול, יכול לשבור שסתומים ומשאבות.
כאשר שסתום פתוח נסגר לפתע, זרימת המים מפעילה לחץ על השסתום וקיר הצינור.בשל הקיר החלק של הצינור, זרימת המים העוקבת תחת פעולת האינרציה מגיעה במהירות למקסימום ומייצרת אפקט הרסני, שהוא "אפקט פטיש המים" במכניקת נוזלים, כלומר פטיש מים חיובי.יש לקחת בחשבון גורם זה בבניית צינורות אספקת מים.
לעומת זאת, שסתום סגור שנפתח פתאום יפיק גם פטיש מים, הנקרא פטיש מים שלילי, שגם לו יש כוח הרס מסוים, אבל לא כמו הקודם.יחידת המשאבה החשמלית תגרום גם להשפעת הלחץ והשפעת פטיש המים כאשר החשמל מנותק או מתחיל לפתע.גל ההלם של לחץ כזה מתפשט לאורך הצינור, מה שמוביל בקלות ללחץ יתר מקומי של הצינור וגורם לקרע בצנרת ולנזק לציוד.לכן, ההגנה על אפקט פטיש המים הופכת לאחת מטכנולוגיות המפתח של הנדסת אספקת מים.

תנאים של פטיש מים:
1. השסתום נפתח או נסגר בפתאומיות;
2. יחידת המשאבה נעצרת או מתחילה בפתאומיות;
3. צינור יחיד למים גבוהים (הפרש גובה אספקת מים של יותר מ-20 מטר);
4. ראש המשאבה הכולל (או לחץ העבודה) גדול;
5. מהירות זרימת המים בצינור המים גדולה מדי;
6. צינור המים ארוך מדי, והשטח משתנה מאוד.
הנזק של אפקט פטיש המים:
עליית הלחץ הנגרמת מפטיש המים יכולה להגיע ללחץ העבודה הרגיל של הצנרת פי כמה או אפילו עשרות מונים. הנזק העיקרי של תנודת הלחץ הגדולה הזו למערכת הצנרת הוא:
1. לגרום לרטט חזק של צינור, מפרק צינור מנותק;
2. נזק לשסתום, לחץ רציני גבוה מדי כדי לגרום להתפוצצות צינור, לחץ רשת אספקת המים מופחת;
3. להיפך, לחץ נמוך מדי יוביל להתמוטטות הצינור, אך גם יפגע בשסתום ובמתקן;
4. לגרום להיפוך המשאבה, לגרום נזק לציוד או צינורות חדר המשאבות, לגרום להצפה חמורה של חדר המשאבות, וכתוצאה מכך לנפגעים ולתאונות גדולות אחרות, המשפיעות על הייצור והחיים.

אמצעי הגנה כדי לחסל או להפחית פטיש מים:
ישנם אמצעי הגנה רבים מפני פטיש מים, אך יש לנקוט באמצעים שונים בהתאם לגורמים האפשריים לפטיש מים.
1. הפחתת קצב הזרימה של קו צינור הולכת המים יכולה להפחית את לחץ פטיש המים במידה מסוימת, אך היא תגדיל את קוטר צינור הולכת המים ותגדיל את ההשקעה בפרויקט.יש לשקול את חלוקת קווי הולכת המים כדי למנוע התרחשות של גיבונות או שינויים פתאומיים בשיפוע.גודל פטיש המים קשור בעיקר לראש הגיאומטרי של חדר המשאבות.ככל שהראש הגיאומטרי גבוה יותר, כך הערך של פטיש המים גדול יותר.לכן, יש לבחור ראש משאבה סביר בהתאם למצב המקומי בפועל.לאחר הפסקת המשאבה בתאונה, יש להפעיל את המשאבה כאשר הצינור מאחורי שסתום הסימון מלא במים.אל תפתח עד הסוף את שסתום יציאת המשאבה בעת הפעלת המשאבה, אחרת היא תיצור השפעה גדולה של מים.תאונות רבות של פטיש מים גדולות בתחנות שאיבה מתרחשות במצב זה.
2. הגדר מכשיר לביטול פטיש מים:
(1) טכנולוגיית בקרת לחץ קבוע:
מכיוון שהלחץ של רשת אספקת המים משתנה כל הזמן עם שינוי מצב העבודה, התופעה של לחץ נמוך או לחץ יתר מתרחשת לעתים קרובות בתהליך פעולת המערכת, שקל לייצר פטיש מים, וכתוצאה מכך הרס הצינור והציוד .מערכת הבקרה האוטומטית מאומצת, באמצעות זיהוי לחץ רשת צינורות, בקרת משוב של הפעלת המשאבה, עצירה ווויסות מהירות, בקרת זרימה, ולאחר מכן לגרום ללחץ לשמור על רמה מסוימת. ניתן להגדיר את לחץ אספקת המים של המשאבה על ידי שליטה במיקרו-מחשב כדי לשמור על אספקת מים בלחץ קבוע, למנוע תנודות יתר בלחץ ולהפחית את ההסתברות לפטיש מים.
(2) התקן את מסיר פטיש המים
הציוד מונע בעיקר מפטיש המים לעצור את המשאבה, המותקנת בדרך כלל ליד צינור יציאת המשאבה.הוא משתמש בלחץ של הצינור עצמו ככוח לממש את הפעולה האוטומטית בלחץ הנמוך, כלומר כאשר הלחץ בצינור נמוך מערך ההגנה שנקבע, יציאת הניקוז תפתח אוטומטית את שחרור המים והורדת הלחץ, כך באשר לאיזון הלחץ של הצינור המקומי ולמנוע את השפעת פטיש המים על הציוד והצינור.ניתן לחלק בדרך כלל את המבטל לשני סוגים מכניים והידראוליים, פעולת מחסל מכני על ידי התאוששות ידנית, מחסל הידראולי יכול להתאפס אוטומטית.
(3) התקן שסתום סגירה איטי על צינור יציאת משאבת המים בקוטר גדול.
זה יכול למעשה לחסל את פטיש המים העוצר את המשאבה, אבל בגלל שיש כמות מסוימת של זרימת מים חזרה במהלך פעולת השסתום, לבאר היניקה חייב להיות צינור הצפת.ישנם שני סוגים של שסתומי סגירה איטית: סוג פטיש כבד וסוג אחסון אנרגיה.שסתום זה יכול להתאים את זמן סגירת השסתום בטווח מסוים לפי הצורך.בדרך כלל, השסתום נסגר ב-70% ~ 80% בתוך 3 ~ 7 שניות לאחר ההאפלה, ו-20% ~ 30% הנותרים מזמן הסגירה מותאם בהתאם לתנאי המשאבה והצינור, בדרך כלל בטווח של 10 ~ 30 שניות.ראוי לציין שכאשר יש גבנון בצנרת ומתרחש פטיש מים בגשר, תפקידו של שסתום הסגירה האיטית יעיל מאוד.

(4) הגדר את מגדל ויסות הלחץ החד-כיווני
בנוי בסמוך לתחנת השאיבה או במיקום המתאים של הצינור, גובה מגדל הנחשולים החד-כיווני נמוך מלחץ הצינור שם.כאשר הלחץ בצנרת נמוך ממפלס המים במגדל, מגדל הנחשולים ממלא מים לצנרת כדי למנוע מעמוד המים להישבר ולהימנע מגישור על פטיש המים.עם זאת, השפעתו הפחתת הלחץ על פטישי מים מלבד פטישי מים עוצרי משאבה כגון פטישי מים הסוגרים שסתומים מוגבלת.בנוסף, הביצועים של שסתום הסימון המשמש במגדל ויסות הלחץ החד-כיווני הם אמינים לחלוטין.ברגע שהשסתום נכשל, זה עלול להוביל להתרחשות גדולה.
(5) הגדר צינור עוקף (שסתום) בתחנת המשאבה.
במהלך הפעולה הרגילה של מערכת המשאבה, שסתום הסימון סגור מכיוון שלחץ המים בצד המים של המשאבה גבוה מלחץ המים בצד היניקה.כאשר המשאבה נעצרת בפתאומיות לאחר התאונה, הלחץ ביציאה של תחנת המשאבה יורד בחדות, בעוד הלחץ בצד היניקה עולה בחדות.תחת לחץ דיפרנציאלי זה, המים החולפים בלחץ גבוה בצינור הראשי של ספיגת המים הם המים החולפים בלחץ נמוך שדוחפים את לוחית שסתום הסימון אל הצינור הראשי של מי הלחץ, ומגדילים את לחץ המים הנמוך שם.מצד שני, גם לחץ פטיש המים בצד היניקה של המשאבה מופחת.באופן זה, עליית וירידת פטיש המים משני צידי תחנת המשאבה נשלטת ובכך למעשה מפחיתה ומונעת את הנזק של פטיש המים.
(6) הגדר שסתום סימון רב-שלבי
בצינור מים ארוך, מוסיפים שסתומים סימון אחד או יותר כדי לחלק את צינור המים למספר חלקים, ושסתומי סימון מוגדרים בכל חלק.כאשר המים בצינור הולכת המים זורמים לאחור במהלך תהליך פטיש המים, כל שסתום סימון נסגר בזה אחר זה כדי לחלק את זרימת מי השטיפה לאחור למספר חלקים.מכיוון שהראש ההידרוסטטי בכל צינור הולכת מים (או קטע זרימת מים לשטיפה) קטן למדי, עליית לחץ פטיש המים מופחתת.ניתן להשתמש באמצעי הגנה זה ביעילות במקרה של הפרש גובה גדול של אספקת מים גיאומטרית.אבל לא ניתן לבטל את האפשרות של הפרדת עמודת מים.החיסרון הגדול ביותר שלה הוא שצריכת החשמל של המשאבה עולה ועלות אספקת המים עולה במהלך פעולה רגילה.
(7) התקן הפליטה ואספקת האוויר האוטומטיים מוגדר בנקודה הגבוהה של הצינור כדי להפחית את השפעת פטיש המים על הצינור.