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

در صورت وقوع مشکلاتی از قبیل ضربه قوچ در دستگاه های پیچیده ای مانند توربین ها و بروز مشکلاتی ناشی از بی توجهی 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 درحال توسعه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بدون شک تولید انرژی عامل کلیدی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی کشورها است. موسسات درگیر تامین برق، اخیرا پمپ مبتنی بر توربین را به عنوان طرح های نیروگاه برق آبی برای برق رسانی به روستاها، به دلیل مزایای اقتصادی توصیه کرده اند. مسئله مورد بررسی در تحقیق حاضر، اثر خاموشی پمپ معکوس بر وقوع پدیده ضربه قوچ و اثرات ایجاد شده بر خط انتقال آب است.

پروژه مورد مطالعه، خط انتقال آب به شهر مسجدسلیمان واقع در محدوده شمال شرق استان خوزستان است. در این مطالعه به کمک قابلیت های نرم افزار WaterGEMS، مسیر خط انتقال، جنس و قطر لوله ها، شیرهای فشارشکن، مخازن و... طراحی و مدل در حالت پایدار شبیه سازی و پردازش گردیده است. پس از پردازش خط در حالت پایدار، به منظور بررسی جایگزینی شیر فشارشکن با پمپ معکوس و اثر خاموشی آن بر پدیده ضربه قوچ ایجاد شده در خط انتقال، مدل طراحی شده ، در نرم افزار Bentley HAMMER CONNECT فراخوانی می شود تا حالت ناپایدار مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. ازآنجایی که نرم افزار Hammer قابلیت مدل سازی پمپ در حالت معکوس را ندارد، توربین به عنوان پمپ معکوس در مدل سازی 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 تنگ مو با پمپ معکوس و حالت سوم شامل جایگزینی شیر فشارشکن کیلومتر 700+3 از مخزن تنگ مو با پمپ معکوس می باشد.

بر اساس مدل سازی صورت گرفته برای حالت دوم، با رسیدن موج فشاری پایین دست به سمت بالادست، فشار در لوله های قبل و بعد از پمپ معکوس واقع در 700+3 کیلومتری از مخزن تنگ مو افزایش می یابد 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 می گردد تا زمانیکه جریان مجددا به حالت پایدار اولیه باز خواهد گشت. در لوله های مذکور حداکثر فشار ایجاد شده حدود 5/22 بار برآورد شده است. مدل سازی حالت سوم نشان می دهد که در صورت بسته شدن دریچه های پمپ معکوس، فشار قبل از پمپ تا حدود 20 بار به صورت لحظه ای افزایش می یاید. در اثر شروع ضربه قوچ و کاهش دبی، فشار لوله به منفی 10 متر کاهش می یابد. خاموشی پمپ معکوس 700+3 باعث ایجاد تغییرات فشار چشمگیر در لوله های قبل و بعد از پمپ معکوس 054+0 نمی گردد. 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.

نتایج نشان می دهد که وقوع پدیده ضربه قوچ در اثر ازکار افتادن پمپ های معکوس تعبیه شده در خط انتقال با وجود ایجاد موج های فشاری مثبت و منفی باعث ایجاد اختلال در آبرسانی و تخریب خط نمی گردد. لازم به توضیح است رده لوله های 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 هیچ گونه مشکلی امکان پذیر 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 پایین دست امکان پذیر است.