إن الانتقال من وضع مستقر للجريان في الناقل أو الشبكة إلى وضع مستقر آخر يرافقه دوماً انتشار موجات ضغط في أنحاء الناقل أو الشبكة مما يؤدي إلى تغير في ضغط السائل في الناقل. وتعتمد قيم الضغوط العابرة ـ التي يمكن أن تكون لها آثار مدمرة في بعض الأحيان ـ على مقدار التغير في سرعة جريان السائل في الناقل أو الشبكة من العنصر الذي أحدث الاضطراب (صمام، مضخة…)، وأدى إلى تباطؤ السائل أو تسارعه.[تعديل]
تعدُّ دراسة هذه الاضطرابات والأسباب التي تؤدي[تعديل]
إلى حدوثها ذات أهمية بالغة للمهندسين؛ لما يمكن أن تسببه من أضرار جسيمة في[تعديل]
الأنابيب والمعدات إذا ما تجاوزت قيم الضغوط الناتجة القيم التي يمكن للناقل[تعديل]
ينشأ كثير من حالات المطرقة المائية المهمة التي تستوجب الدراسة والتحليل عن التوقف والتشغيل المفاجئ للمضخات والصمامات المرتبطة بها في محطات الضخ.[تعديل]
في الحالة الطبيعية يُفتح الصمام تدريجياً بعد إقلاع المضخة، ويغلق تدريجياً قبل أن توقف هذه المضخة عن العمل، ولا تتشكل في هذه الحالة أي مخاطر تذكر. أما في الحالات الطارئة التي تتوقف المضخة فيها عن العمل فجائياً كما هي الحال عند انقطاع التيار الكهربائي، تتشكل ظاهرة المطرقة المائية،[تعديل]
فتنشأ موجة ضغط منخفض تنتشر باتجاه مصب الأنبوب؛ لتنعكس، وتصبح موجة ضغط مرتفع؛[تعديل]
مما قد تسبب الأذى للمضخة والتجهيزات الملحقة بها؛ عدا عن الأذى الذي يمكن أن[تعديل]
يمكن من حيث المبدأ تصميم الناقل أو أي مجموعة[تعديل]
من الأنابيب بحيث تتحمل جميع الضغوط العظمى والدنيا التي يمكن أن تنشأ تحت أي ظروف[تعديل]
تشغيلية ممكنة في فترة عمر المشروع؛ إلا أن مثل هذا التصميم يكون في معظم الحالات[تعديل]
غير اقتصادي. لذا كان لابد من اتباع طرائق حماية تعتمد على استخدام تجهيزات خاصة[تعديل]
أو القيام بإجراءات تحكم في التشغيل مهمتها منع حدوث موجات الضغط العالية أو[تعديل]
المنخفضة التي يمكن أن تلحق بالناقل أو المجموعة أضراراً جسيمة.[تعديل]
هنالك كثير من أجهزة الحماية من المطرقة المائية[تعديل]
ويختلف تصميم كل منها ومبدأ عمله باختلاف طبيعة الحالة التي تستخدم من أجلها. ولا يتوافر جهاز وحيد مناسب لجميع الحالات ولجميع شروط التشغيل. لذا فعند القيام[تعديل]
بتصميم ناقل أو مجموعة من الأنابيب فلابد من الموازنة مابين مجموعة من الخيارات[تعديل]
وانتقاء الحل الأنسب للناقل أو المجموعة وذات الكلفة الاقتصادية المناسبة.[تعديل]
يلاحظ من معادلة جوكوفسكي أن التغير في الضغط هو[تعديل]
تابع مباشر لمقدار التغير في سرعة جريان السائل؛ لذلك فإن المهمة الرئيسة لأي[تعديل]
جهاز أو إجراء حماية من المطرقة المائية يقتضي التقليل من قيمة التغير في سرعة[تعديل]
في حال توقف المضخات عن العمل فجأة ينخفض الضغط[تعديل]
عند طرف دفع المضخة؛ مما يؤدي إلى تمدد الهواء الموجود في الخزان دافعاً السائل أمامه باتجاه الناقل ومخففاً بذلك من حدة التغير في معدل الجريان في الناقل ومن ثم من مقدار الهبوط في الضغط. أما عند انعكاس الجريان في الناقل، فيُغلق صمام عدم الرجوع الموجود عند طرف دفع المضخة، ويتم تحويل كامل الجريان نحو الخزان مما يؤدي إلى انضغاط الهواء وتقلص حجمه. وتؤدي عملية الجريان من الخزان وإليه وتمدد الهواء وتقلصه فيه إلى التخفيف من قيم الضغوط الدنيا والعظمى الناجمة الناتجة.[تعديل]
¬ لخزانات الضغط ميزات عديدة بالمقارنة مع خزاناتالحماية المفتوحة[تعديل]
أهمها أن حجم خزان الضغط اللازم للحفاظ على قيم الضغوط العظمى[تعديل]
والدنيا ضمن الحدود المقبولة هو أصغر دوماً. كما أنه من الممكن تركيبها بشكل أفقي[تعديل]
وبالقرب من المضخة، وهو ما يتعذر فعله لخزانات الحماية التي قد تكون كبيرة الحجم. أما[تعديل]
مساوئها الرئيسية فهي حاجتها إلى ضواغط هواء للتعويض عن الهواء المنحل في السائل[تعديل]
عندما يمكن للضغط في مواقع معينة في الناقل أنينخفض إلى ما دون قيمة الضغط الجوي مؤدياً بذلك إلى انفصال عمود السائل ثم إعادةالتحامه في مرحلة لاحقة، وما يرافق ذلك من ضغوط عالية؛ قد يكون من المناسب في هذهالحالة استخدام صمامات إدخال هواء في تلك المواقع المعرضة للضغوط المنخفضة. تتلخصمهمة صمام إدخال الهواء في أن يفتح، ويسمح للهواء بالدخول إلى الناقل عندما يهبطالضغط عند الصمام إلى مادون الضغط الجوي. ويجب أن يسمح صمام إدخال الهواء بدخولكمـيات كافية من الهواء في أثناء موجة الضغط المنخفض؛ وألا يتم طردها سريعاً جداًعند زوال الموجة؛ وذلك لتأمين التحام تدريجي لعمود السائل وللتخفيف من الصدمة الناتجة من الالتحام[تعديل]
