تانک ضربه گیر چیست؟

این مخازن، در هنگام ایجاد امواج فشار منفی در خط لوله، آب را با فشار به مسیر تزریق می کنند و بدینوسیله از تشکیل شدن پدیده جدایی ستون آب جلوگیری می‌کنند و از سوی دیگر در هنگام افزایش فشار ناشی از پدیده ضربه قوچ باعث افت تدریجی و از بین بردن این افزایش فشار می شوند.

به بیان دیگر عملکرد این مخازن به گونه‌ای است که هنگامی که نیروی محرکه تلمبه قطع شود و به تبع آن گذر حجمی جریان کاهش یابد، هوای متراکم داخل مخزن به صورت اجباری آب را به داخل خط رانش می‌راند و آثار قطع را کاهش می دهد، از سوی دیگر آبی که در خط رانش وجود دارد پس از زمان کوتاهی به طور معکوس به حالت سکون درآمده و جریان آب برعکس به داخل محفظه هدایت می شود در این حالت هوای داخل مخزن متراکم شده و حجم هوا کاهش می یابد و این خود باعث از بین رفتن و کاهش اضافه فشار ناشی از ضربه قوچ می شود.

نکات کلی مدنظر در طراحی مخازن ضربه‌گیر تحت فشار:

مخزن هوا مطمئن‌ترین وسیله جهت کنترل ضربه قوچ در دو حالت افزایش و کاهش فشار است. نیاز این وسیله به تجهیزات تأمین هوای فشرده و نیز هزینه نگهداری بالا از مسایل آنها هستند. در طراحی مخازن ضربه‌گیر تحت فشار نکات خاصی وجود داشته که به طور خلاصه به استحضار می‌رساند و این نکات در طراحی و ساخت توسط این شرکت مورد نظر قراردارد.

1.محاسبه دقیق میزان آب و هوای مخزن بسیار با اهمیت است، گاهی مهندسان طراح بدون محاسبه دقیق نیمی از مخزن را از آب و مابقی را از هوا پر می‌کنند درصورتیکه میزان آب یا هوای داخل مخزن ارتباط مستقیمی با چگونگی پدیده ضربه قوچ دارد، چراکه به عنوان مثال درجایی که پدیده جدایی ستون آب شدت زیادی دارد و به تبع آن باید آب بیشتری به خط تخلیه شود، میزان حجم آب مخزن نیز باید بیشتر باشد.

2.بدون محاسبه نسبتا دقیق و مطالعه دقیق پروفیل خط، به هیچ وجه نمی‌توان حجم مخزن ضربه‌گیر را برای یک پروژه تخمین زد. این نکته بسیار مهمی به خصوص برای مهندسانی است که در مناقصات قصد پرهیز از محاسبه را دارند! چراکه حجم مخزن ارتباط به پارامترهای زیادی از جمله نوع پروفیل، قطر، دبی، فشار، شیرهای هوا و ممان اینرسی تلمبه دارد و هرکدام از این پارامترها می‌تواند در کاهش یا افزایش حجم مخزن موثر باشند.

3.قطر لوله ورود و خروج جریان از مخزن بسیار با اهمیت است و محاسبات آن بایدکاملا دقیق باشد.

4.با توجه به پیچیدگی‌ها و ظرافت‌های محاسبات ضربه قوچ و طراحی مخازن ضربه‌گیر تحت فشار لازم است با رعایت تمامی نکات فنی و تجربی از نرم‌افزارهای رایانه‌ای در محاسبات استفاده شده تا نتایج دقت قابل قبولی داشته و از هزینه‌های اضافی بابت دست بالا گرفتن ابعاد و مشخصات در طراحی‌ها بپرهیزیم.

5.رایجترین و دقیق‌ترین استاندارد مورد استفاده در طراحی مخازن ضربه‌گیر تحت فشار، استاندارد ASME (استاندارد انجمن مهندسین مکانیک آمریکا) می‌باشد که به طور مرتب در حال بروز رسانی است که این استاندارد توسط این شرکت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مخازن ضربه گیر را به صورت استوانه‌ای با دو عدسی ساخته می‌شوندکه  به سه شکل می‌توان در ایستگاه‌های پمپاژ و سایر قسمت‌های طرح قرار داد:

1.به صورت قائم (ایستاده)

2.به صورت مایل

3.به صورت افقی

با توجه به وضعیت ساختمان، می‌توان مخازن را به هریک از حالت‌های فوق قرار داد. متداول‌ترین و بهترین حالت برای قراردادن مخازن ضربه گیر به صورت قائم می‌باشد. از معایب قرارگیری مخازن به صورت افقی، افزایش حجم بلا استفاده آب در مخزن بوده و لذا حجم کل مخزن باید بزرگتر درنظر گرفته شود. در قراردادن مخازن ضربه‌گیر به شکل مایل، مشکل افزایش حجم بلا استفاده آب تا حدودی مرتفع شده ولیکن مشکلات پایه‌های مخزن و نگهداری و مهارکردن آن وجود دارد.

درمجموع پس از انجام محاسبات در نرم‌افزار و تعیین حجم هوای اولیه، حجم هوای منبسط شده و حجم مرده، حجم نهایی مخزن بدست آمده که با توجه به فضای استقرار و امکانات موجود قطر و ارتفاع بدست می‌آید. براساس قطر و ارتفاع محاسبه شده و با توجه به استاندارد ASME و جنس ورق، ضخامت ورق فولادی نیز بدست می‌آید. طبق استادارد ASME و براساس تجربه جنس ورق مخازن تحت فشار تا فشارهای کمتر از 10 بار از فولاد معمولی ST-37 بوده و برای فشارهای بیشتر از A516-Gr70 استفاده می‌نمایند. که در مجموع با توجه به اختلاف قیمت اندک، پیشنهاد این شرکت استفاده از ورق فولادی A516-Gr70 در تمامی فشارهای کاری می‌باشد.

برای بازدید و عملیات رنگ و پوشش داخل مخازن دارای قطر بالاتر از 1/5 متر، باید آدم روبازدید با حداقل قطر 500 میلی‌متر و برای مخازن دارای قطر پایین‌تر از 1/5 متر، باید آدم روبازدید با حداقل قطر 400 میلی‌متر بر روی آن تعبیه و با فلنج کور مسدود شود.

کمپرسور هوای فشرده وظیفه تامین هوای لازم در مخزن ضربه‌گیر هوا در شرایط ماندگار را بر عهده دارد. در شروع بهره‌برداری از تاسیسات مخزن ضربه‌گیر لازم است کمپرسور هوا پس از روشن شدن الکتروپمپ‌ها و ایجاد جریان دایم، وارد مدار شود و حجم اولیه هوا را تامین نماید. در طول مدت بهره‌برداری نیز به دو دلیل حل شدن هوای محبوس مخزن در آب و نشت‌های احتمالی هوا به بیرون، نیاز به راه اندازی کمپرسور هوا و تنظیم حجم اولیه هوا وجود دارد؛ بنابراین حجم هوایی که توسط کمپرسور باید تامین شود همان حجم هوای مخزن ضربه‌گیر در شرایط جریان دایم است.

هوای فشرده تامین شده توسط کمپرسور هوا در حالت جریان دایم به دو روش زیر به مخزن هدایت می‌شود:

1.تزریق هوا از کمپرسور به مخزن ضربه گیر هوا: در این حالت لوله خروجی کمپرسور پس از اتصال شیر ایمنی، شیریکطرفه و شیر قطع و وصل کروی مستقیما به قسمت فوقانی مخزن ضربه گیر متصل می شود. هنگام نیاز به تامین هوای فشرده در مخزن ضربه‌گیر و تنظیم سطح آب، کمپرسور روشن شده و این سطح تنظیم می شود.

2.استفاده از مخزن ذخیره هوای فشرده: در این صورت هوای فشرده توسط کمپرسور تامین و در مخزن ذخیره مربوطه نگهداری می شود. پر شدن این مخزن به صورت اتوماتیک و به کمک یک سوییچ فشار نصب شده روی مخزن ذخیره انجام می‌شود. بدین‌ترتیب فشار هوا در این مخزن ذخیره همواره ثابت نگه داشته می‌شود. خروجی مخزن ذخیره پس از نصب شیر یکطرفه و شیر قطع و وصل کروی و در صورت ضرورت شیر برقی سولنوئیدی به قسمت فوقانی مخزن ضربه‌گیر وصل می‌شود.

در صورت نیاز به تزریق هوا به مخزن ضربه‌گیر و تنظیم سطح آب، شیر قطع و وصل کروی و یا شیر برقی سولنوئیدی رابط بین مخزن ذخیره هوا و مخزن ضربه‌گیر باز شده و هوای لازم برای مخزن ضربه‌گیر تامین می‌شود.

برای کنترل سطح آب (یا حجم اولیه هوا) در مخزن ضربه‌گیر چند روش به شرح زیر مورد استفاده قرارمی‌گیرد:

1.لوله‌ آبنما : در صورت استفاده از لوله آبنما، امکان استفاده از سامانه‌های راه‌اندازی و تنظیم سطح آب اتوماتیک در اتاق کنترل مهیا نمی‌باشد؛ از طرفی جنس آن شیشه بوده که احتمال آسیب دیدن و شکستن آن در محیط ایستگاه پمپاژ زیاد می‌باشد.

2.سطح سنج آب(سنسور): با توجه به اهمیت کنترل سطح آب و هوا در مخزن، برای کنترل مستمر حداقل در 4 نقطه باید سطح سنج نصب شود؛ که با فرمان خودکار، تنظیم سطح آب مخزن ضربه‌گیر را انجام می‌دهند.

3.سطح سنج مغناطیسی: در این روش بر روی مخزن یک اندازه‌گیر الکترومغناطیسی نصب می‌شود. این اندازه گیر از یک میله قائم تشکیل شده و شناوری که روی این میله می‌لغزد بر روی سطح آب قرار می‌گیرد. داخل شناور آهن ربا پیش بینی شده و با حرکت روی میله قائم که بوبین‌های الکتریکی داخل آن قرار گرفته القا می‌شود. به این‌ترتیب سطح آب به صورت یک جریان خفیف در خروجی اندازه‌گیر قابل ملاحظه می‌باشد. که این روش مناسب‌ترین و به صرفه‌ترین روش کنترل سطح آب در مخزن می‌باشد.

ارتباط مخزن ضربه‌گیر به خط لوله انتقال آب از کف مخزن انجام می‌شود، در هنگام ساخت مخزن ضربه‌گیر، لوله ارتباطی تخلیه آب به همراه یک فلنج با فشار کاری مناسب، بر روی آن پیش‌بینی می‌شود، برای اتصال مخزن ضربه گیر به خط لوله انتقال دو روش وجود دارد:

1.اتصال مخزن ضربه‌گیر با کنارگذر: به منظور سریعتر میرا کردن جریان گذرا در خط لوله انتقال در هنگام ضربه قوچ، معمولا از یک شیر یک طرفه بر روی لوله ارتباطی اصلی مخزن ضربه‌گیر به خط لوله استفاده شده و به موازات آن یک کنار گذر با قطر کوچکتر و مجهز به اوریفیس پیش‌بینی می‌شود. دراین صورت در هنگام ایجاد فشار منفی جریان آب از طریق لوله ارتباطی اصلی با قطر بزرگتر به خط لوله جریان می‌یابد و در هنگام ایجاد فشار مثبت که جهت جریان آب از خط لوله به سمت مخزن ضربه‌گیر هوا عوض می‌شود، شیر یک طرفه مسدود شده و آب از کنار گذر مجهز به اوریفیس جریان می‌یابد. این مسیر دارای افت فشار بیشتری نسبت به مسیر اصلی جریان بوده و این افت فشار در سریع میرا شدن امواج ضربه قوچ نقش موثری دارد.

2.اتصال مخزن ضربه‌گیر بدون کنارگذر: در ایستگاه‌های پمپاژ کوچک و مخازن ضربه‌گیر با احجام حدود 3 مترمکعب و کمتر معمولا کنارگذر خروجی مخزن ضربه‌گیر را حذف نموده و در دهانه اتصال لوله خروجی مخزن حالت اوریفیس را در نظر می‌گیرند. در پروژه‌هایی که فشار هیدرولیکی کمتر از10 بار بوده و سریع میرا شدن جریان ضربه قوچ نقش تعیین کننده‌ای ندارد معمولا اوریفیس و افت فشار موضعی مذکور نیز در مخزن درنظرگرفته نمی‌شود.

براساس تجربیات این شرکت در پروژه های مختلف، با توجه به خرابی های زیاد شیرهای یکطرفه، احتمال از مدار خارج شدن مخزن ضربه گیر در حالت اتصال با لوله کنار گذر بسیار زیاد است لذا پیشنهاد می گردد در همه فشارهای کاری، اتصال بدون کنار گذر باشد و درصورت نیاز به ازبین بردن فشارهای مثبت، از اریفیس در دهانه خروجی تانک استفاده گردد.