1/קונספט

פטיש מים נקרא גם פטיש מים. במהלך הובלת מים (או נוזלים אחרים), עקב פתיחה או סגירה פתאומית שלשסתום פרפר Api, שסתומי שער, לבדוק את שסתומים ושסתומי כדורעצירות פתאומיות של משאבות מים, פתיחה וסגירה פתאומית של כנפי הנחיה וכו', קצב הזרימה משתנה פתאום והלחץ משתנה באופן משמעותי. אפקט פטיש המים הוא מונח חי. הוא מתייחס לפטיש מים חמור הנגרם מהשפעת זרימת המים על הצינור בעת הפעלה ועצירה של משאבת המים. מכיוון שבתוך צינור המים, הדופן הפנימית של הצינור חלקה והמים זורמים בחופשיות. כאשר שסתום פתוח נסגר פתאום או משאבת אספקת המים נעצרת, זרימת המים תיצור לחץ על השסתום ודופן הצינור, בעיקר על השסתום או המשאבה. מכיוון שדופן הצינור חלקה, תחת פעולת האינרציה של זרימת המים הבאה, הכוח ההידראולי מגיע במהירות למקסימום ויוצר השפעות הרסניות. זהו "אפקט פטיש המים" בהידראוליקה, כלומר, פטיש מים חיובי. להיפך, כאשר שסתום סגור נפתח פתאום או משאבת המים מופעלת, יתרחש גם פטיש מים, הנקרא פטיש מים שלילי, אך הוא אינו גדול כמו הקודם. פגיעת הלחץ תגרום לדופן הצינור להיות מדוכאת וליצור רעש, בדיוק כמו פטיש שפוגע בצינור, ולכן זה נקרא אפקט פטיש המים.

2/סכנות

הלחץ המיידי שנוצר על ידי פטיש מים יכול להגיע לעשרות או אפילו מאות פעמים מלחץ ההפעלה הרגיל בצנרת. תנודות לחץ גדולות כאלה עלולות לגרום לרעידות חזקות או לרעש במערכת הצנרת ועלולות לפגוע במפרקי השסתומים. יש לכך השפעה מזיקה מאוד על מערכת הצנרת. על מנת למנוע פטיש מים, יש לתכנן את מערכת הצנרת בצורה נכונה כדי למנוע קצב זרימה גבוה מדי. באופן כללי, קצב הזרימה המתוכנן של הצינור צריך להיות פחות מ-3 מטר לשנייה, ויש לשלוט במהירות הפתיחה והסגירה של השסתומים.
מכיוון שהמשאבה מופעלת, נעצרת ושסתומים נפתחים ונסגרים מהר מדי, מהירות המים משתנה באופן דרסטי, במיוחד פטיש המים הנגרם על ידי עצירה פתאומית של המשאבה, אשר יכול לפגוע בצנרת, משאבות מים ושסתומים, ולגרום למשאבת המים להתהפך ולהפחית את הלחץ ברשת הצינורות. אפקט פטיש המים הוא הרסני ביותר: אם הלחץ גבוה מדי, הוא יגרום לקריעת הצינור. להיפך, אם הלחץ נמוך מדי, הוא יגרום לקריסת הצינור ולפגוע בשסתומים ובמקבעים. תוך זמן קצר מאוד, קצב זרימת המים עולה מאפס לקצב זרימה מדורג. מכיוון שלנוזלים יש אנרגיה קינטית ומידה מסוימת של דחיסות, שינויים עצומים בקצב הזרימה בפרק זמן קצר מאוד יגרמו להשפעות של לחץ גבוה ונמוך על הצינור.

3/ליצור

ישנן סיבות רבות לפטיש מים. הגורמים הנפוצים הם כדלקמן:

1. השסתום נפתח או נסגר לפתע;

2. יחידת משאבת המים עוצרת או מתחילה לפעול בפתאומיות;

3. צינור יחיד מוביל מים למקום גבוה (הפרש הגובה של שטח אספקת המים עולה על 20 מטרים);

4. העילוי הכולל (או לחץ העבודה) של משאבת המים גדול;

5. מהירות זרימת המים בצינור המים גדולה מדי;

6. צינור המים ארוך מדי והשטח משתנה מאוד.
7. בנייה לא סדירה היא סכנה נסתרת בפרויקטים של צינורות אספקת מים
(1) לדוגמה, ייצור עמודי דחיפה מבטון עבור טי, מרפקים, מחברים ומחברים אחרים אינו עומד בדרישות.
על פי "התקנות הטכניות להנדסת צינורות אספקת מים קבורים מפוליוויניל כלוריד קשיח", יש להתקין עמודי דחף מבטון בחיבורים כגון T-, מרפקים, מחברים וצינורות אחרים בקוטר של 110 מ"מ ומעלה כדי למנוע מהצינור לזוז. "עמודי דחף מבטון" אסור שיהיו בעלי דרגה נמוכה מ-C15, ויש ליצוק אותם באתר על יסודות האדמה המקוריים שנחפרו ועל מדרון התעלה. חלק מגורמי הבנייה אינם מקדישים תשומת לב מספקת לתפקיד עמודי הדחף. הם ממסמרים יתד עץ או תוקעים שן ברזל ליד הצינור כדי לשמש כעמוד דחף. לפעמים נפח עמוד הבטון קטן מדי או שאינו מוזג על האדמה המקורית. מצד שני, חלק מעמודי הדחף אינם חזקים מספיק. כתוצאה מכך, במהלך הפעלת הצינור, עמודי הדחף אינם יכולים לתפקד והופכים לחסרי תועלת, מה שגורם לאביזרי צנרת כגון T- ומרפקים להיות מיושרים ונזקים.
(2) שסתום הפליטה האוטומטי אינו מותקן או שמיקום ההתקנה אינו סביר.
על פי עקרון ההידראוליקה, יש לתכנן ולהתקין שסתומי פליטה אוטומטיים בנקודות הגבוהות של צינורות באזורים הרריים או גבעות עם שיפועים גדולים. אפילו באזורים מישוריים עם שטח גלי קטן, יש לתכנן את הצינורות באופן מלאכותי בעת חפירת תעלות. ישנן עליות וירידות, עלייה או ירידה באופן מחזורי, השיפוע אינו פחות מ-1/500, ו-1-2 שסתומי פליטה מתוכננים בנקודה הגבוהה ביותר של כל קילומטר.
מכיוון שבמהלך תהליך הובלת המים בצינור, הגז בצינור ייפלט ויצטבר בחלקים המוגבהים של הצינור, ואף יווצר חסימה באוויר. כאשר קצב הזרימה של המים בצינור משתנה, כיסי האוויר הנוצרים בחלקים המוגבהים ימשיכו להידחס ולהתרחב, והגז יגדל. הלחץ שנוצר לאחר הדחיסה גדול עשרות או אפילו מאות פעמים מהלחץ שנוצר לאחר דחיסת המים (חשבון ציבורי: Pump Butler). בשלב זה, קטע זה של הצינור עם סכנות נסתרות עלול להוביל למצבים הבאים:
• לאחר שהמים עוברים במעלה הזרם של הצינור, המים הטפטופים נעלמים במורד הזרם. הסיבה לכך היא שכיסת האוויר בצינור חוסמת את זרימת המים, וגורמת להפרדת עמודת המים.
• הגז הדחוס בצינור נדחס עד לגבול המקסימלי ומתפשט במהירות, מה שגורם לקריעת הצינור.
• כאשר מים ממקור מים גבוה מועברים במורד הזרם במהירות מסוימת על ידי זרימת כוח הכבידה, לאחר סגירת שסתום הזרם במהירות, עקב האינרציה של הפרש הגובה וקצב הזרימה, עמודת המים בצינור הזרם אינה נעצרת באופן מיידי. היא עדיין נעה במהירות מסוימת. המהירות זורמת במורד הזרם. בשלב זה, נוצר ואקום בצינור מכיוון שהאוויר לא יכול להתמלא בזמן, מה שגורם לניקוז הצינור עקב הלחץ השלילי ולנזק.
(3) התעלה ואדמת המילוי אינם עומדים בתקנות.
תעלות לא מתאימות נראות לעתים קרובות באזורים הרריים, בעיקר משום שיש הרבה אבנים באזורים מסוימים. התעלות נחפרות ידנית או מפוצצות בחומרי נפץ. תחתית התעלה אינה אחידה במיוחד ויש בה אבנים חדות בולטות. במקרה זה, על פי התקנות הרלוונטיות, יש להסיר את האבנים בתחתית התעלה ולסלול יותר מ-15 סנטימטרים של חול לפני שניתן יהיה להניח את הצינור. עם זאת, עובדי הבנייה היו חסרי אחריות או קיצצו פינות והניחו את החול ישירות מבלי לסלול חול או באופן סמלי לסלול חול. הצינור מונח על האבנים. לאחר השלמת המילוי החוזר והמים מופעלים, עקב משקל הצינור עצמו, לחץ האדמה האנכי, עומס הרכב על הצינור וסופרפוזיציה של כוח הכבידה, הוא נתמך על ידי אבן חדה אחת או יותר בתחתית הצינור. ריכוז מאמץ מוגזם, הצינור עלול להינזק בנקודה זו ולהיסדק בקו ישר בנקודה זו. זה מה שאנשים מכנים לעתים קרובות "אפקט הניקוד".

4/אמצעים

ישנם אמצעי הגנה רבים מפני פטיש מים, אך יש לנקוט באמצעים שונים בהתאם לגורמים האפשריים לפטיש מים.
1. הפחתת קצב הזרימה של צינורות מים יכולה להפחית במידה מסוימת את לחץ פטיש המים, אך היא תגדיל את קוטר צינורות המים ותגדיל את ההשקעה בפרויקט. בעת הנחת צינורות מים, יש לשקול הימנעות מגבשושיות או שינויים דרסטיים בשיפוע כדי להפחית את אורך צינור המים. ככל שהצינור ארוך יותר, כך ערך פטיש המים גדול יותר כאשר המשאבה נעצרת. מתחנת שאיבה אחת לשתי תחנות שאיבה, באר שאיבה משמשת לחיבור שתי תחנות השאיבה.
פטיש מים כאשר המשאבה נעצרת

מה שנקרא פטיש מים מסוג "הפסקת משאבה" מתייחס לתופעת ההלם ההידראולי הנגרמת משינויים פתאומיים במהירות הזרימה במשאבת המים ובצינורות הלחץ כאשר השסתום נפתח ועוצר עקב הפסקת חשמל פתאומית או סיבות אחרות. לדוגמה, כשל במערכת החשמל או בציוד החשמלי, כשל מזדמן ביחידת משאבת המים וכו' עלולים לגרום למשאבה הצנטריפוגלית לפתוח את השסתום ולעצור, וכתוצאה מכך לפטיש מים כאשר המשאבה נעצרת. גודל פטיש המים כאשר המשאבה נעצרת קשור בעיקר לראש הלחץ הגיאומטרי של חדר המשאבה. ככל שראש הלחץ הגיאומטרי גבוה יותר, כך ערך פטיש המים גדול יותר כאשר המשאבה נעצרת. לכן, יש לבחור ראש לחץ סביר על סמך התנאים המקומיים בפועל.

הלחץ המרבי של פטיש מים כאשר משאבה נעצרת יכול להגיע ל-200% מלחץ העבודה הרגיל, או אף גבוה יותר, מה שעלול להרוס צינורות וציוד. תאונות כלליות גורמות ל"דליפת מים" ולהפסקות מים; תאונות קשות גורמות להצפה של חדר המשאבות, נזק לציוד ולנזק למתקנים, או אפילו לגרום לפציעה גופנית או מוות.

לאחר עצירת המשאבה עקב תאונה, יש להמתין עד שהצינור שמאחורי שסתום האל-חזור יתמלא במים לפני הפעלת המשאבה. אין לפתוח לחלוטין את שסתום יציאת משאבת המים בעת הפעלת המשאבה, אחרת תתרחש פגיעת מים גדולה. תאונות פטיש מים קשות מתרחשות לעיתים קרובות בתחנות שאיבה רבות בנסיבות כאלה.

2. התקינו מכשיר להסרת פטישי מים
(1) שימוש בטכנולוגיית בקרת מתח קבוע
מערכת בקרה אוטומטית PLC משמשת לשליטה במשאבה עם מהירות תדר משתנה ולשליטה אוטומטית בפעולת כל מערכת אספקת המים בחדר משאבות. מכיוון שהלחץ ברשת צינורות אספקת המים ממשיך להשתנות עם שינויים בתנאי העבודה, לחץ נמוך או לחץ יתר מתרחשים לעיתים קרובות במהלך פעולת המערכת, מה שעלול לגרום בקלות לפטיש מים, מה שמוביל נזק לצינורות ולציוד. מערכת בקרה אוטומטית PLC משמשת לשליטה ברשת הצינורות. זיהוי לחץ, בקרת משוב של הפעלה ועצירה של משאבת המים והתאמת מהירות, בקרת זרימה, ובכך שמירה על לחץ ברמה מסוימת. ניתן לכוון את לחץ אספקת המים של המשאבה על ידי שליטה במיקרו-מחשב כדי לשמור על לחץ מים קבוע ולמנוע תנודות לחץ מוגזמות. ההסתברות לפטיש מים מצטמצמת.
(2) התקנת מסיר פטיש מים
התקן זה מונע בעיקר פטיש מים כאשר המשאבה נעצרת. הוא מותקן בדרך כלל ליד צינור היציאה של משאבת המים. הוא משתמש בלחץ הצינור עצמו ככוח כדי לממש פעולה אוטומטית בלחץ נמוך. כלומר, כאשר הלחץ בצינור נמוך מערך ההגנה שנקבע, פתח הניקוז ייפתח אוטומטית לניקוז מים. שחרור לחץ משמש לאיזון הלחץ בצנרת המקומית ולמניעת השפעת פטיש מים על ציוד וצנרת. ניתן לחלק את האלקטרימייטורים לשני סוגים: מכניים והידראוליים. אלקטרימייטורים מכניים משוחזרים ידנית לאחר הפעולה, בעוד שניתן לאפס את האלקטרימייטורים ההידראוליים באופן אוטומטי.
(3) התקן שסתום אל-חזור בעל סגירה איטית על צינור היציאה של משאבת המים בקוטר גדול.

זה יכול למעשה לחסל פטיש מים כאשר המשאבה נעצרת, אבל בגלל כמות מסוימת של מים תזרום חזרה כאשראפי 609כאשר השסתום מופעל, באר יניקה של המים חייבת להיות מצוידת בצינור הצפה. ישנם שני סוגים של שסתומי אל-חזור הסגירה האיטית: מסוג פטיש וסוג אגירת אנרגיה. שסתום מסוג זה יכול להתאים את זמן הסגירה של השסתום בטווח מסוים לפי הצורך (מוזמנים לעקוב: Pump Butler). בדרך כלל, השסתום נסגר ב-70% עד 80% תוך 3 עד 7 שניות לאחר הפסקת חשמל. זמן הסגירה הנותרים, 20% עד 30%, מותאם בהתאם לתנאי משאבת המים והצינור, בדרך כלל בטווח של 10 עד 30 שניות. ראוי לציין שכאשר יש גבנון בצינור ומתרחש פטיש מים, תפקידו של שסתום אל-חזור הסגירה האיטית מוגבל מאוד.
(4) הקמת מגדל ויסות לחץ חד-כיווני
הוא בנוי ליד תחנת השאיבה או במיקום מתאים על הצינור, וגובה מגדל הלחץ החד-כיווני נמוך מלחץ הצינור שם. כאשר הלחץ בצינור נמוך ממפלס המים במגדל, מגדל ויסות הלחץ ממלא מחדש את המים בצינור כדי למנוע את שבירת עמודת המים ולגשר על פטיש המים. עם זאת, השפעתו להפחתת הלחץ על פטישי מים שאינם פטישי מים לעצירת משאבה, כגון פטיש מים לסגירת שסתום, מוגבלת. בנוסף, ביצועי השסתום החד-כיווני המשמש במגדל ויסות הלחץ החד-כיווני חייבים להיות אמינים לחלוטין. ברגע שהשסתום כשל, הדבר עלול לגרום לפטיש מים גדול.
(5) התקינו צינור עוקף (שסתום) בתחנת השאיבה
כאשר מערכת המשאבה פועלת כרגיל, שסתום האל-חזור סגור מכיוון שלחץ המים בצד הלחץ של המשאבה גבוה מלחץ המים בצד היניקה. כאשר הפסקת חשמל מקרית עוצרת לפתע את המשאבה, הלחץ ביציאה של תחנת שאיבת המים יורד בחדות, בעוד שהלחץ בצד היניקה עולה בחדות. תחת לחץ הפרשי זה, המים בלחץ גבוה חולף בצינור הראשי של יניקת המים דוחפים את לוחית שסתום האל-חזור וזורמים למים בלחץ נמוך חולף בצינור הראשי של יניקת המים, מה שגורם לעלייה בלחץ המים הנמוך שם; מצד שני, עליית לחץ פטיש המים של משאבת המים בצד היניקה מופחתת גם היא. בדרך זו, עליית פטיש המים וירידת הלחץ משני צידי תחנת שאיבת המים נשלטים, ובכך מפחיתים ומונעים ביעילות את סכנות פטיש המים.
(6) התקינו שסתום אל-חזור רב-שלבי
בצינור מים ארוך, הוסף אחד או יותרשסתומי בדיקה, חלקו את צינור המים למספר מקטעים, והתקינו שסתום אל-חזור על כל מקטע. כאשר המים בצינור המים זורמים חזרה במהלך פטיש מים, כל שסתום אל-חזור נסגר בזה אחר זה כדי לחלק את זרימת השטיפה החוזרת למספר מקטעים. מכיוון שהראש ההידרוסטטי בכל מקטע של צינור המים (או מקטע זרימת השטיפה החוזרת) קטן למדי, קצב זרימת המים מצטמצם. הגברת פטיש. ניתן להשתמש ביעילות באמצעי הגנה זה במצבים בהם הפרש הגובה הגיאומטרי של אספקת המים גדול; אך הוא אינו יכול לבטל את האפשרות של הפרדת עמודת המים. החיסרון הגדול ביותר שלו הוא: צריכת חשמל מוגברת של משאבת המים במהלך פעולה רגילה ועלויות אספקת מים מוגברות.