تانک ضربه گیر چیست؟
تانک ضربه گیر یا مخزن ضربه گیر تحت فشار، در هنگام ايجاد امواج فشار منفي در خط لوله، آب را با فشار به مسير تزريق مي‌كنند 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 مي‌شوند.
به بيان ديگر عملكرد اين مخازن به گونه‌اي است كه هنگامي كه نيروي محركه پمپ 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 مي‌دهد، 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 مي‌شود در اين حالت هواي داخل مخزن متراكم شده و حجم هوا كاهش مي‌يابد و اين خود باعث از بين رفتن و كاهش اضافه فشار ناشي از ضربه قوچ مي‌شود.
نکات کلی در طراحی مخزن ضربه گیر تحت فشار:
تانک ضربه گیر یا مخزن ضربه گیر یا مخزن هوا (Air Chamber) 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 تانک ضربه گیر 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 تانک ضربه گیر 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 نسبتاً دقيق و مطالعه دقيق پروفيل خط، به هيچ وجه نمي‌توان حجم تانک ضربه گير 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 بايد كاملاً دقيق باشد.
با توجه به پیچیدگی‌ها و ظرافت‌های محاسبات ضربه قوچ و طراحی تانک ضربه گیر 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 تانک ضربه گیر 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.
نحوه استقرار تانک ضربه گیر:
تانک ضربه گير را به صورت استوانه‌اي با دو عدسي ساخته مي‌شوند که 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 مخزن 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 تانک ضربه گير 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 450 ميلي‌متر و برای مخازن داراي قطر پایین‌تر از 1.5متر، 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 تانک ضربه گیر هوا در شرايط ماندگار را بر عهده دارد. در شروع بهره‌برداري از تاسيسات تانک ضربه گیر 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 تانک ضربه گير در شرايط جريان دايم است.
هوای فشرده مورد نیاز مخزن ضربه گیر:
هواي فشرده تامين شده توسط كمپرسور هوا در حالت جريان دايم به دو روش زير به تانک ضربه گیر هدايت مي‌شود:
تزريق هوای مستقیم به تانک:
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 مي‌شود. هنگام نياز به تامين هواي فشرده در مخزن ضربه گير و تنظيم سطح آب، كمپرسور روشن شده و اين سطح تنظيم مي‌شود.
استفاده از مخزن ذخيره هواي فشرده:
در اين صورت هواي فشرده توسط كمپرسور تامين و در مخزن ذخيره مربوطه نگهداري مي‌شود. 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 ضربه گير وصل مي‌شود.
در صورت نياز به تزريق هوا به تانک ضربه گیر 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 ضربه گير تامين مي‌شود.
کنترل سطح آب تانک ضربه گیر:
در تانک ضربه گیر براي كنترل سطح آب (يا حجم اوليه هوا) 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 تانک ضربه گیر، براي كنترل مستمر حداقل در 4 نقطه بايد سطح سنج نصب شود؛ كه با فرمان خودكار، تنظيم سطح آب مخزن ضربه گير را انجام مي‌دهند.
سطح سنج مغناطیسی:
در اين روش بر روي مخزن يك اندازه‌گير الكترومغناطيسي نصب مي‌شود. اين اندازه‌گير 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.
اتصال تانک ضربه گیر به خط لوله:
ارتباط مخزن ضربه گير به خط لوله انتقال آب از كف مخزن انجام مي‌شود، در هنگام ساخت تانک ضربه گیر، 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 تانک ضربه گیر با کنارگذر:
به منظور سريعتر ميرا كردن جريان گذرا در خط لوله انتقال در هنگام ضربه قوچ، معمولا از يك شير يكطرفه بر روي لوله ارتباطي اصلي مخزن ضربه گير به خط لوله استفاده شده و به موازات آن يك كنار گذر با قطر كوچكتر و مجهز به اوريفيس پیش‌بینی می‌شود. دراين صورت درهنگام ايجاد فشار منفي جريان آب از طريق لوله ارتباطي اصلي با قطر بزرگتر به خط لوله جريان مي‌يابد و درهنگام ايجاد فشار مثبت كه جهت جريان آب از خط لوله به سمت تانک ضربه گیر هوا عوض مي‌شود، شير يكطرفه مسدود شده و آب از كنارگذر 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 تانک ضربه گیر بدون کنارگذر:
در ايستگاه‌هاي پمپاژ كوچك و تانک ضربه گیر با احجام حدود 3 مترمكعب و كمتر معمولا كنارگذر خروجي تانک ضربه گیر 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 تانک ضربه گیر در حالت اتصال با لوله کنارگذر بسیار زیاد است لذا پیشنهاد می‌گردد در همه فشارهای کاری، اتصال بدون کنارگذر باشد و درصورت نیاز به ازبین بردن فشارهای مثبت، از اریفیس در دهانه خروجی تانک استفاده گردد.
