הנדסת מים

מגזין המים הישראלי הנדסת מים 32 הלם מים הוא תופעה משמעותית שעלולה להזיק וגם להשבית מערכות הולכה ואספקת מים. על מנת להרחיק סכנה זו יש להבין היטב את התרחישים השונים הקשורים בתופעה, לתכנן את מערכות המים בהתאם, ולהיעזר בכלי סימולציה לחיזוי מצבי ההלם. הוא שם כו לל ) SURGE הלם מים ( לתופעה של שינוי לחץ פתאומי הנובע משינוי חד במהירת זרימת המים בצינור, ומטבע הדברים קשור לשינוי מצב של המשאבה. למעשה, הדממה פתאומית או בלתי מבוקרת של משאבה נחשב אחד מתרחישי ההלם השגרתיים יותר ) להלן שא“ח. הוא אביזר מים נפוץ וותיק Check Valve שסתום אל חוזר ( המותקן דרך קבע במורד משאבה במטרה למנוע חזרה של מים מקו הסניקה אל המאגר התחתון כאשר המשאבה מודממת, ועל כן גם הוא פועל (משנה את מצבו) כאשר המשאבה עוברת ממצב פעולה למנוחה או להפך. צימוד זה יחד עם העובדה ששינוי מהיר במצב חלקי השסתום עלול ליצור אימפקט הגורר רעששל טריקה, הם כנראה הסיבה לקישור האינטואיטיבי )Slam( מכני בין שסתום אל חוזר לתופעת ההלם שמשפיע חזק על שיקולי התכנון ועל שיקולי בחירת השסתום בפרט, ולא תמיד לטובה. בהמשך ננסה לפתוח חלון אל תוך קישור זה, להבהיר את טיבו ולהציע כלים לשיפור מערכת השיקולים. המחושב כפרופורציה של שינוי מהירות P∆ הלם מים נמדד כשינוי בלחץ . בסיס החישוב הוא ∆v הזרימה המחושבת (ספיקה נפחית חלקי חתך הזרימה) ) בגבול שבו משך שינוי המהירות EULER משוואת שימור התנע של אוילר ( (שינוי פתאומי): 0 שואף ל כאשר: - צפיפות הנוזל (מסה ליחידת נפח) ρ SI קג למק ביחידות 1000 = צפיפות מי ברז בטמפ סטנדרטית - חפיזות גל ההלם בצינור שבו זורמים המים (במימדי מהירות) C , שינוי המהירות 0 בתרחישי ההלם הנפוצים של עצירת עמוד המים למהירות שווה למהירות העבודה ההתחלתית, שבמערכות הולכתמים היא באופן מעשי 3 עד 2- מטר לשניה. מאחר ומהירות מעשית זו קטנה בכ 3 עד 1 בתחום במשוואת ∆V 2 סדרי גודל ביחס לחפיזות גל ההלם, ניתן להזניח את האבר שינוי הלחץ, ולאחר המרה לממדי עומד מים מתקבלת נוסחת ז'וקובסקי ) המתארת יחס ישר בין שינוי מהירת הזרימה לשינוי העומד JOUKOWSKY ( קבועים) C, g ( ,0- יש לזכור שחישוב זה מתייחס למקרה שבו משך שינוי המהירות שואף ל שאינו מתקיים במציאות . מכאן שהערך המחושב משמש גבול עליון והערכים בפועל נמוכים משמעותית. תחת הנחה מחמירה של צנרת קשיחה יחסית (פלדה) בעלת חפיזות גל g = 10 [m/sec 2 [ , ולאחר עיגול תאוצת הגרביטציה C = 1000 [m/sec[ מתקבלת נוסחת אצבע פשוטה עוד יותר לאמדן גבולות ההלם: ההבחנה בין תופעות הלם מים בשלב ראשון נפריד בין מספר תופעות הלם מים הקשורות לתרחיש עצירה פתאומית או בלתי מבוקרת של משאבה הפועלת מול קו סניקה: . הלם המים ישיר כתוצאה מהאטת עמודת המים במערכת הסניקה 1 ) מהירה יחסית במורד DOWN SURGE המתבטא בנפילת לחץ ( המשאבה/השא“ח. שמתחילה לנוע אל המשך קו הסניקה בקצב חפיזות . במקרים שבהם עמודת המים בקו הסניקה מסתיימת בפני מים C הגל פתוחים לאטמוספירה כגון מיכל פתוח, ורק בהם, תנועת הגל אינה יכולה להמשיך (לגרום לשינוי לחץ האטמוספירה). על כן היא מוחזרת אל כיוון ). ערכם UP SURGE המשאבה בהיפוך פאזה כעלית לחץ מהירה ( המוחלט של שינויי לחץ אלה מוגבל: ראשית על ידי הערך המחושב על מטר 3 פי מהירות הזרימה ההתחלתית , שבדרך כלל נמצאת בתחום עד מה הקשר בין שסתום אל חוזר והלם מים רפי אגמי* *הכותב הוא יועץ עצמאי בתחום הלם מים, אנרגיה, ובעיות זרימה במערכות מים.