اثر خاموشی پمپ معکوس و بررسی جریان غیرماندگار در خط انتقال آب (مطالعه موردی: خط آبرسانی شهر مسجدسلیمان)

سابقه و هدف: در صورت وقوع مشکلاتی از قبیل ضربه قوچ در دستگاه‌های پیچیده‌ای مانند توربین‌ها و بروز مشکلاتی ناشی از بی‌توجهی به رعایت نکات ایمنی و عدم کنترل ضربه قوچ، ممکن است سیستم انتقال، متحمل ضرر و زیان اقتصادی بالایی شود. از طرفی تولید برق برای کشورهای درحال‌توسعه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بدون شک تولید انرژی عامل کلیدی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی کشورها است. موسسات درگیر تامین برق، اخیراً پمپ مبتنی بر توربین را به‌عنوان طرح‌های نیروگاه برق‌آبی برای برق‌رسانی به روستاها، به دلیل مزایای اقتصادی توصیه کرده‌اند. مسئله مورد بررسی در تحقیق حاضر، اثر خاموشی پمپ معکوس بر وقوع پدیده ضربه قوچ و اثرات ایجاد شده بر خط انتقال آب است. مواد و روش‌ها: پروژه مورد مطالعه، خط انتقال آب به شهر مسجدسلیمان واقع در محدوده شمال شرق استان خوزستان است. در این مطالعه به کمک قابلیت‌های نرم‌افزار watergems، مسیر خط انتقال، جنس و قطر لوله‌ها، شیرهای فشارشکن، مخازن و... طراحی و مدل در حالت پایدار شبیه‌سازی و پردازش گردیده است. پس از پردازش خط در حالت پایدار، به‌منظور بررسی جایگزینی شیر فشارشکن با پمپ معکوس و اثر خاموشی آن بر پدیده ضربه قوچ ایجاد شده در خط انتقال، مدل طراحی شده ، در نرم‌افزار bentley hammer connect فراخوانی می‌شود تا حالت ناپایدار مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. ازآنجایی‌که نرم‌افزار hammer قابلیت مدل‌سازی پمپ در حالت معکوس را ندارد، توربین به‌عنوان پمپ معکوس در مدل‌سازی به کار برده شده است. پدیده ضربه قوچ در سه حالت به شرح زیر مورد بررسی قرار گرفته است. حالت اول شامل بررسی شرایط جریان در حالت ماندگار بدون اعمال هرگونه تغییری در خط انتقال، حالت دوم شامل جایگزینی شیر فشارشکن کیلومتر 054+0 از مخزن تنگ‌مو با پمپ معکوس و حالت سوم شامل جایگزینی شیر فشارشکن کیلومتر 700+3 از مخزن تنگ‌مو با پمپ معکوس می‌باشد.یافته‌ها: بر اساس مدل‌سازی صورت گرفته برای حالت دوم، با رسیدن موج فشاری پایین‌دست به سمت بالادست، فشار در لوله‌های قبل و بعد از پمپ معکوس واقع در 700+3 کیلومتری از مخزن تنگ‌مو افزایش می‌یابد و با بسته شدن 100 درصد دریچه به حداکثر خود رسیده و با گذشت زمان در اثر اصطکاک سیال با جدار لوله موج فشاری ایجاد شده مستهلک می‌گردد تا زمانیکه جریان مجددا به حالت پایدار اولیه باز خواهد گشت. در لوله‌های مذکور حداکثر فشار ایجاد شده حدود 22.5 بار برآورد شده است. مدل‌سازی حالت سوم نشان می‌دهد که در صورت بسته شدن دریچه‌های پمپ معکوس، فشار قبل از پمپ تا حدود 20 بار به‌صورت لحظه‌ای افزایش می‌یاید. در اثر شروع ضربه قوچ و کاهش دبی، فشار لوله به منفی 10 متر کاهش می‌یابد. خاموشی پمپ معکوس 700+3 باعث ایجاد تغییرات فشار چشمگیر در لوله‌های قبل و بعد از پمپ معکوس 054+0 نمی‌گردد. در محدوده لوله بعد از پمپ معکوس 700+3 حدود 14 مترمکعب بخار آب تجمع خواهد یافت. در صورت عدم تعبیه شیرهوا در مسیر خط، حجم بخار ایجاد شده مانع از عبور سیال خواهد گشت.نتیجه گیری: نتایج نشان می‌دهد که وقوع پدیده ضربه قوچ در اثر ازکار افتادن پمپ‌های معکوس تعبیه شده در خط انتقال با وجود ایجاد موج‌های فشاری مثبت و منفی باعث ایجاد اختلال در آبرسانی و تخریب خط نمی‌گردد. لازم به توضیح است رده لوله‌های فلزی انتخاب شده در خط، استحکام لازم برای تحمل حداکثر و حداقل فشارهای وارده را دارا هستند. در نتیجه جایگزینی پمپ معکوس با شیر فشارشکن و استحصال انرژی بدون ایجاد هیچ‌گونه مشکلی امکان‌پذیر است و در صورت وقوع پدیده ضربه قوچ، خط انتقال توانایی تحمل در برابر موج فشاری مضاعف ایجاد شده را خواهد داشت و آبرسانی به شهرهای پایین‌دست امکان‌پذیر است.

effect of the pump as turbine failure on unsteady flow in water transmission pipelines (case study: masjed soleyman city water pipeline)

introduction: the occurrence of phenomena such as surges in complex devices such as turbines, and problems caused by neglecting safety precautions, may result in significant economic damage and losses to the transmission system. on the other hand, electricity production is a key factor in the economic and social development for developing countries. recently, institutions involved in electricity supply have recommended pump as turbine projects as hydroelectric power plant for supplying electricity to rural areas due to their economic benefits. the issue under investigation in this study is the effect of pump shutdown on surge occurrence and its effects on the water transmission line.methodology: the case study project is the water transmission line to the city of masjed soleyman located in the northeast of khuzestan province, iran. in this study, by using watergems software, the route of the transmission line, the type and diameter of the pipes, pressure relief valves, tanks, etc., have been defined and modeled in steady state. after processing the line in steady state, in order to investigate the replacement of the pats with pressure relief valves and its shut-down effect on the water hammer phenomenon created in the transmission line, the model created in watergems is called in the bentley hammer connect software to analyze the unsteady state condition. the phenomenon of surge has been investigated in three scenarios as follows: the first scenario involves studying the flow conditions in a steady state without any changes in the transmission line. the second scenario involves replacing the pressure relief valve at kilometer 054+0 from the tang-e mo reservoir with a reverse pump. the third scenario involves replacing the pressure relief valve at kilometer 700+3 from the tang-e mo reservoir with a reverse pump.results: when the pressure relief valves are working, the flow velocity in the pressure relief valve in 3+700 km, equivalent to 2.07 m/s, and the pressure before the pressure relief valve is equal to 157.7 meters of water and reaches 20 meters of water. also, in the pressure relief valve 0+054 km from the reservoir, the speed is 2.1 m/s and the pressure decreases from 104.77 m to 13.2 m of water, respectively. for second scenario, in the first pressure relief valve, 91 meters of pressure is wasted. in this case, the pats with turbine flow and pressure have replaced the existing pressure relief valves. the inlet and outlet valves of the first pat are closed in 20 seconds and the flow through it is reduced to zero. third scenario considers the water hammer impact resulting from shutdown of the pat (at 3+700 km) on the transmission line. 137 meters of pressure is wasted in the second pressure relief valve. also, the flow through it is 580.189 liters per second. in this case, the inlet and outlet valves of the pat are closed in 20 seconds. it is necessary to explain that if the valves of the pat (at 3+700 km) are closed, the downstream flow will also decrease; but due to the bypass of the pat, the input flow to the downstream pumps does not reach zero and the pumps do not exit the circuit. conclusions: the results indicate that the occurrence of the surge due to the failure of the pat(s) installed in the transmission line, despite the creation of positive and negative pressure waves in the transmission line, does not cause serious disturbance in the pipeline. it is also concluded that the thickness of the steel material selected for the pipeline has the required strength to withstand the maximum and minimum pressures.