المطرقة المائية Water Hammer

إذا لم تكن الغرف الهوائية ولا خزانات التمدد هي الحل المناسب وبالتالي ما هو الحل؟

إن السيطرة الأكثر فعالية على المطرقة المائية تتم بواسطة الصمام الهوائي الذي يعمل تحت الضغط حيث تكون فيه الماء مفصولة عن الهواء . حيث يتألف الصمام من مكبس دائري أسفله يوجد الماء ومن الأعلى يوجد نابض مرن ,وعندما يزيد ضغط الماء على الحلقة الدائرية عن حد معين فإنها ترتفع إلى الأعلى مما يؤدي إلى تنفيس الماء من خلال الفتحات الموجودة وبالتالي امتصاص موجة الضغط الناتجة , ثم بعد عودة الضغط إلى وضعه الطبيعي تعود الحلقة الدائرية إلى وضعها الطبيعي

وبالتالي أينما توجد المطرقة المائية يجب السيطرة عليها بغض النظر عن المادة التي تصنع منها الأنابيب . وبالطبع أنابيب البلاستيك لا تنقل الضجيج مثل الأنابيب المعدنية لكن الطاقة الناتجة عن تدفق الماء هي نفسها وبالتالي لابد أن هذه الطاقة الحركية للماء الناتجة عن التوقف المفاجئ أن يتم امتصاصها . وبالتالي في كل حالة إغلاق مفاجئ يتمدد الأنبوب البلاستيكي ليمتص الصدمة الناتجة وبالتالي هذا التمدد والتقلص المتكرر يتلف الأنبوب.

مما سبق يمكننا تعريف اجهزة امتصاص الصدمة المائية بأنها:
عبارة عن أجهزة تقوم بامتصاص موجات الضغط الأعظمية التي تحدث في التمديدات الداخلية عند الإغلاق المفاجئ للصنابير والصمامات , فهذا الضغط عالي جداً يمكن أن يؤدي إلى أضرار خطيرة في الشبكات الداخلية

 المطرقة المائية في أنظمة الضخ :

يمكن أن تحدث المطرقة المائية في أنابيب الضخ وذلك عندما تتوقف المضخات عن العمل وكذلك اغلاق صمام في أحد خطوط الأنابيب يمكن أن يسبب أمواج مائية وضغوط مرتفعة قرب المضخة وكذلك الضغوط السالبة يمكن أن تسبب المطرقة المائية
وهناك بعض المؤشرات تبين فيما إذا كان ضغط الصدمة المائية يمكن أن يصل إلى قيمة تبدو معها دراسة الصدمة المائية عن قرب ضرورة ملحة لتحاشي أضرارها التي تكون بالغة , وهذه المؤشرات يمكن تصنيفها في هذه الأسئلة:
* هل في مسار الأنابيب نقطة عالية يمكن أن يحدث فيها فراغ وتخلخل يقسم عمود الماء عند التوقف.
*هل طول الأنابيب أقل بعشرين مرة من ارتفاع الضخ ؟
* هل سرعة المياه في الأنابيب تزيد عن 1.2م/ثانية ؟
* هل عامل الأمان للأنابيب أقل من 3.5مرة من ضغط التشغيل ؟
* هل صمام عدم الرجوع يغلق في زمن أقصر من الفترة الحدية للأنبوب؟

  *هل هنالك صمامات سريعة الاغلاق آلية ويمكن أن تفتح وتغلق في زمن أقل من نصف ثانية ؟

*هل المضخة أو محركها يتضرر أحدهما إن دار بكس اتجاه دورانه الاصلي , وكم السرعة التي يمكن أن يتحملاها إن أمكن دورانهما بعكس الدوران الاصلي ؟
*هل المضخة تقف قبل أن يكون صمام عدم الرجوع قد أغلق تماماً؟
*هل هنالك سكر آلي سريع يستعمل في محطة الضخ ولا يعمل في حال انقطاع التيار الكهربائي؟
*هل تقلع المضخة وصمام المخرج مفتوح؟

فإذا كانت الإجابة على أي سؤال من الاسئلة الستة الأولى بنعم ,فإنه هنالك احتمال كبير بأن يكون مفعول الصدمة المائية كبير وتحتاج المنشأة إلى دراسة جدية . وإذا كانت الإجابة بنعم على سؤالين أو أكثر من الأسئلة فإن الصدمة محتملة وإن مقدار احتمالها يزداد مع عدد الإجابات بنعم.
فإذا حللنا مايجري بتوقف المضخات فإننا نرى أنه يحدث تخلخل عند مخرج المضخات وقد تصل الحالة إلى الفراغ المطلق وبالتالي التكهف.
ففي اللحظة التي تسبق التوقف كانت المياه كانت المياه تجري بسرعة منتظمة ,وعندما تتوقف المضخة فإن قوة العطالة تمنع كتلة الماء المتحرك من التوقف مباشرة ,لذلك فهي تستمر بالتقدم ويكون عند مخرج المضخة مباشرة انخفاض في الضغط ينشأ عنه موجة تخلخل تتحرك بسرعة الصوت تقريباً ومقدار التخلخل هذا مقدر بالمتر يعطى بالعلاقة :
A*v0/g
حيث تشير v0 إلى سرعة الماء الجاري أصلاً في الأنابيب (م/ثا)
وتشير g إلى تسارع الجاذبية
وتشير a إلى سرعة انتشار موجة الضغط (م/ثا)
فإذا فرضنا أن v0=1.5
A=(800-1200)
وعلى هذا الاساس التخلخل سوف يبلغ 150م والضغط الستاتيكي :
h-(a*v0/g)

فإذا كانت h صغيرة فهذه العلاقة ستكون سالبة وسيحدث في الأنابيب فراغ مطلق يعرضها لفعل الضغط الجوي
وقد لايكون هنالك خطر من هذا التخلخل في حد ذاته إن كانت الأنابيب تتحمل الضغط , ولكن الخطر هو عند عودة موجة الضغط إذا يبلغ الضغط عندها :
H+ (a*v0/g
وهنا تحصل الصدمة المائية الحقيقية , لأن الضغط يتحول فجأة من h-(a*v0/g
إلى h + (a*v0/g وقد شوهدت بعض الحوادث حيث بلغ فيها الضغط أكثر من ثلاثة أضعاف القيمة ((a*v0/g .لاسيما إن كان في خط الأنابيب نقطة عليا وبالتالي نشوء قوة مدمرة .

بعض الحلول الممكنة
- تركيب تجهيزة من أجل تحمل الزيادة المفاجئة تسمى surge vessels بالقرب من المضخة وحجم هذه التجهيزة يتناسب مع السعة والطول

- تركيب صمام لتنفيس الهواء في النقاط المرتفعة حيث يمكن أن تحدث الضغوط
السالبة .

ا