مخازن ضربه گیر (مخزن بلدر – Bladder tank)
اين مخازن، در هنگام ايجاد امواج فشار منفي در خط لوله، آب را با فشار به مسير تزريق مي كنند و بدينوسيله از تشكيل شدن پديده جدايي ستون آب جلوگيري مي‌كنند و از سوي ديگر در هنگام افزايش فشار ناشي از پديده ضربه قوچ باعث افت تدريجي و از بين بردن اين افزايش فشار مي شوند.
به بيان ديگر عملكرد اين مخازن به گونه‌اي است كه هنگامي كه نيروي محركه تلمبه قطع شود و به تبع آن گذر حجمي جريان كاهش يابد، هواي متراكم داخل مخزن به صورت اجباري آب را به داخل خط رانش مي‌راند و آثار قطع را كاهش مي دهد، از سوي ديگر آبي كه در خط رانش وجود دارد پس از زمان كوتاهي به طور معكوس به حالت سكون درآمده و جريان آب برعكس به داخل محفظه هدايت مي شود در اين حالت هواي داخل مخزن متراكم شده و حجم هوا كاهش مي يابد و اين خود باعث از بين رفتن و كاهش اضافه فشار ناشي از ضربه قوچ مي شود.
نکات کلی مدنظر در طراحی مخازن ضربه‌گیر تحت فشار:
مخزن هوا مطمئن‌ترين وسيله جهت كنترل ضربه قوچ در دو حالت افزايش و كاهش فشار است. نياز اين وسيله به تجهيزات تأمين هواي فشرده و نيز هزينه نگهداري 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.
- محاسبه دقيق میزان آب و هواي مخزن بسيار با اهميت است، گاهي مهندسان طراح بدون محاسبه دقيق نيمي از مخزن را از آب و مابقي را از هوا پر مي‌كنند درصورتيكه ميزان آب يا هواي داخل مخزن ارتباط مستقيمي با چگونگي پديده ضربه قوچ دارد، چراكه به عنوان مثال درجايي كه پديده جدايي ستون آب شدت زيادي دارد و به تبع آن بايد آب بيشتري به خط تخليه شود، ميزان حجم آب مخزن نيز بايد بيشتر باشد.
- بدون محاسبه نسبتا دقيق و مطالعه دقيق پروفيل خط، به هيچ وجه نمي‌توان حجم مخزن ضربه‌گير را براي يك پروژه تخمين زد. اين نكته بسيار مهمي به خصوص براي مهندساني است كه در مناقصات قصد پرهيز از محاسبه را دارند! چراكه حجم مخزن ارتباط به پارامترهاي زيادي از جمله نوع پروفيل، قطر، دبی، فشار، شيرهاي هوا و ممان اينرسي تلمبه دارد و هركدام از اين پارامترها مي‌تواند در كاهش يا افزايش حجم مخزن موثر باشند.
- قطر لوله ورود و خروج جريان از مخزن بسيار با اهميت است و محاسبات آن بايدكاملا دقيق باشد.
- 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.
- 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 گير را به صورت استوانه‌اي با دو عدسي ساخته مي‌شوندکه به سه شكل مي‌توان در ايستگاه‌هاي پمپاژ و ساير قسمت‌هاي طرح قرار داد:
- به صورت قائم (ايستاده)
- به صورت مايل
- به صورت افقي
با توجه به وضعيت ساختمان، مي‌توان مخازن را به هريك از حالت‌هاي فوق قرار داد. متداول‌ترين و بهترين حالت براي قراردادن مخازن ضربه گير به صورت قائم مي‌باشد. از معايب قرارگيري مخازن به صورت افقي، افزايش حجم بلا استفاده آب در مخزن بوده و لذا حجم كل مخزن بايد بزرگتر درنظر گرفته شود. در قراردادن مخازن ضربه‌گير به شكل مايل، مشكل افزايش حجم بلا استفاده آب تا حدودي مرتفع شده وليكن مشكلات پايه‌هاي مخزن و نگهداري و مهاركردن 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.
براي بازديد و عمليات رنگ و پوشش داخل مخازن داراي قطر بالاتر از 1/5 متر، بايد آدم روبازديد با حداقل قطر 500 ميلي‌متر و برای مخازن داراي قطر پایین‌تر از 1/5 متر، بايد آدم روبازديد با حداقل قطر 400 ميلي‌متر بر روی آن تعبیه و با فلنج کور مسدود شود.
كمپرسور هواي فشرده وظيفه تامين هواي لازم در مخزن ضربه‌گير هوا در شرايط ماندگار را بر عهده دارد. در شروع بهره‌برداري از تاسيسات مخزن ضربه‌گير لازم است كمپرسور هوا پس از روشن شدن الكتروپمپ‌ها و ايجاد جريان دايم، وارد مدار شود و حجم اوليه هوا را تامين نمايد. در طول مدت بهره‌برداري نيز به دو دليل حل شدن هواي محبوس مخزن در آب و نشت‌هاي احتمالي هوا به بيرون، نياز به راه اندازي كمپرسور هوا و تنظيم حجم اوليه هوا وجود دارد؛ بنابراين حجم هوايي كه توسط كمپرسور بايد تامين شود همان حجم هواي مخزن ضربه‌گير در شرايط جريان دايم است.
هواي فشرده تامين شده توسط كمپرسور هوا در حالت جريان دايم به دو روش زير به مخزن هدايت مي‌شود:
- تزريق هوا از كمپرسور به مخزن ضربه گير هوا: در اين حالت لوله خروجي كمپرسور پس از اتصال شير ايمني، شيريكطرفه و شير قطع و وصل كروي مستقيما به قسمت فوقاني مخزن ضربه گير متصل مي شود. هنگام نياز به تامين هواي فشرده در مخزن ضربه‌گير و تنظيم سطح آب، كمپرسور روشن شده و اين سطح تنظيم مي شود.
- استفاده از مخزن ذخيره هواي فشرده: در اين صورت هواي فشرده توسط كمپرسور تامين و در مخزن ذخيره مربوطه نگهداري مي شود. پر شدن اين مخزن به صورت اتوماتيك و به كمك يك سوييچ فشار نصب شده روي مخزن ذخيره انجام مي‌شود. بدين‌ترتيب فشار هوا در اين مخزن ذخيره همواره ثابت نگه داشته مي‌شود. خروجي مخزن ذخيره پس از نصب شير يكطرفه و شير قطع و وصل كروي و در صورت ضرورت شير برقي سولنوئيدي به قسمت فوقاني مخزن ضربه‌گير وصل مي‌شود.
در صورت نياز به تزريق هوا به مخزن ضربه‌گير و تنظيم سطح آب، شير قطع و وصل كروي و يا شير برقي سولنوئيدي رابط بين مخزن ذخيره هوا و مخزن ضربه‌گير باز شده و هواي لازم براي مخزن ضربه‌گير تامين مي‌شود.
براي كنترل سطح آب (يا حجم اوليه هوا) در مخزن ضربه‌گير چند روش به شرح زير مورد استفاده قرارمي‌گيرد:
- لوله آبنما : در صورت استفاده از لوله آبنما، امكان استفاده از سامانه‌هاي راه‌اندازي و تنظيم سطح آب اتوماتيك در اتاق كنترل مهيا نمي‌باشد؛ از طرفی جنس آن شیشه بوده که احتمال آسیب دیدن و شکستن آن در محیط ایستگاه پمپاژ زیاد میباشد.
- سطح سنج آب(سنسور): با توجه به اهميت كنترل سطح آب و هوا در مخزن، براي كنترل مستمر حداقل در 4 نقطه بايد سطح سنج نصب شود؛ كه با فرمان خودكار، تنظيم سطح آب مخزن ضربه‌گير را انجام مي‌دهند.
- سطح سنج مغناطیسی: در اين روش بر روي مخزن يك اندازه‌گير الكترومغناطيسي نصب مي‌شود. اين اندازه گير از يك ميله قائم تشكيل شده و شناوري كه روي اين ميله مي‌لغزد بر روي سطح آب قرار مي‌گيرد. داخل شناور آهن ربا پيش بيني شده و با حركت روي ميله قائم كه بوبين‌هاي الكتريكي داخل آن قرار گرفته القا مي‌شود. به اين‌ترتيب سطح آب به صورت يك جريان خفيف در خروجي اندازه‌گير قابل ملاحظه مي‌باشد. که این روش مناسب‌ترین و به صرفه‌ترین روش کنترل سطح آب در مخزن میباشد.
ارتباط مخزن ضربه‌گير به خط لوله انتقال آب از كف مخزن انجام مي‌شود، در هنگام ساخت مخزن ضربه‌گير، لوله ارتباطي تخليه آب به همراه يك فلنج با فشار كاري مناسب، بر روي آن پيش‌بيني مي‌شود، براي اتصال مخزن ضربه گير به خط لوله انتقال دو روش وجود دارد:
- اتصال مخزن ضربه‌گیر با کنارگذر: به منظور سريعتر ميرا كردن جريان گذرا در خط لوله انتقال در هنگام ضربه قوچ، معمولا از يك شير يك طرفه بر روي لوله ارتباطي اصلي مخزن ضربه‌گير به خط لوله استفاده شده و به موازات آن يك كنار گذر با قطر كوچكتر و مجهز به اوريفيس پیش‌بینی می‌شود. دراين صورت در هنگام ايجاد فشار منفي جريان آب از طريق لوله ارتباطي اصلي با قطر بزرگتر به خط لوله جريان مي‌يابد و در هنگام ايجاد فشار مثبت كه جهت جريان آب از خط لوله به سمت مخزن ضربه‌گير هوا عوض مي‌شود، شير يك طرفه مسدود شده و آب از كنار گذر مجهز به اوريفيس جريان مي‌يابد. اين مسير داراي افت فشار بيشتري نسبت به مسير اصلي جريان بوده و اين افت فشار در سريع ميرا شدن امواج ضربه قوچ نقش موثري دارد.
- اتصال مخزن ضربه‌گیر بدون کنارگذر: در ايستگاه‌هاي پمپاژ كوچك و مخازن ضربه‌گير با احجام حدود 3 مترمكعب و كمتر معمولا كنارگذر خروجي مخزن ضربه‌گير را حذف نموده و در دهانه اتصال لوله خروجي مخزن حالت اوريفيس را در نظر مي‌گيرند. در پروژه‌هايي كه فشار هيدروليكي كمتر از10 بار بوده و سريع ميرا شدن جريان ضربه قوچ نقش تعيين كننده‌اي ندارد معمولا اوريفيس و افت فشار موضعي مذكور نيز در مخزن درنظرگرفته نمي‌شود.
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.
