
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,954 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,536 |
اثر خاموشی پمپ معکوس و بررسی جریان غیرماندگار در خط انتقال آب (مطالعه موردی: خط آبرسانی شهر مسجدسلیمان) | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
دوره 30، شماره 4، دی 1402، صفحه 81-102 اصل مقاله (1.7 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2024.21567.3667 | ||
نویسندگان | ||
فرشته عزیزیه1؛ جواد ظهیری* 2؛ عادل مرادی سبزکوهی3؛ مهدی زمانی فکری4 | ||
1دانشآموخته کارشناسیارشد سازههای آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ایران. | ||
2نویسنده مسئول، دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ایران. | ||
3استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ایران. | ||
4مربی گروه مهندسی مکانیک، واحد بهبهان، دانشگاه آزاد اسلامی، بهبهان، ایران. | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: در صورت وقوع مشکلاتی از قبیل ضربه قوچ در دستگاههای پیچیدهای مانند توربینها و بروز مشکلاتی ناشی از بیتوجهی 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 درحالتوسعه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بدون شک تولید انرژی عامل کلیدی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی کشورها است. مؤسسات درگیر تأمین برق، اخیراً پمپ مبتنی بر توربین را بهعنوان طرحهای نیروگاه برقآبی برای برقرسانی به روستاها، به دلیل مزایای اقتصادی توصیه کردهاند. مسئله مورد بررسی در تحقیق حاضر، اثر خاموشی پمپ معکوس بر وقوع پدیده ضربه قوچ و اثرات ایجاد شده بر خط انتقال آب است. مواد و روشها: پروژه مورد مطالعه، خط انتقال آب به شهر مسجدسلیمان واقع در محدوده شمال شرق استان خوزستان است. در این مطالعه به کمک قابلیتهای نرمافزار WaterGEMS، مسیر خط انتقال، جنس و قطر لولهها، شیرهای فشارشکن، مخازن و... طراحی و مدل در حالت پایدار شبیهسازی و پردازش گردیده است. پس از پردازش خط در حالت پایدار، بهمنظور بررسی جایگزینی شیر فشارشکن با پمپ معکوس و اثر خاموشی آن بر پدیده ضربه قوچ ایجاد شده در خط انتقال، مدل طراحی شده ، در نرمافزار Bentley HAMMER CONNECT فراخوانی میشود تا حالت ناپایدار مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد. ازآنجاییکه نرمافزار Hammer قابلیت مدلسازی پمپ در حالت معکوس را ندارد، توربین بهعنوان پمپ معکوس در مدلسازی 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 تنگمو با پمپ معکوس و حالت سوم شامل جایگزینی شیر فشارشکن کیلومتر 700+3 از مخزن تنگمو با پمپ معکوس میباشد. یافتهها: بر اساس مدلسازی صورت گرفته برای حالت دوم، با رسیدن موج فشاری پاییندست به سمت بالادست، فشار در لولههای قبل و بعد از پمپ معکوس واقع در 700+3 کیلومتری از مخزن تنگمو افزایش مییابد 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 میگردد تا زمانیکه جریان مجددا به حالت پایدار اولیه باز خواهد گشت. در لولههای مذکور حداکثر فشار ایجاد شده حدود 5/22 بار برآورد شده است. مدلسازی حالت سوم نشان میدهد که در صورت بسته شدن دریچههای پمپ معکوس، فشار قبل از پمپ تا حدود 20 بار بهصورت لحظهای افزایش مییاید. در اثر شروع ضربه قوچ و کاهش دبی، فشار لوله به منفی 10 متر کاهش مییابد. خاموشی پمپ معکوس 700+3 باعث ایجاد تغییرات فشار چشمگیر در لولههای قبل و بعد از پمپ معکوس 054+0 نمیگردد. 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. نتیجه گیری: نتایج نشان میدهد که وقوع پدیده ضربه قوچ در اثر ازکار افتادن پمپهای معکوس تعبیه شده در خط انتقال با وجود ایجاد موجهای فشاری مثبت و منفی باعث ایجاد اختلال در آبرسانی و تخریب خط نمیگردد. لازم به توضیح است رده لولههای 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 هیچگونه مشکلی امکانپذیر 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 پاییندست امکانپذیر است. | ||
کلیدواژهها | ||
پمپ معکوس؛ ضربه قوچ؛ شیر فشارشکن | ||
مراجع | ||
1.Liu, M., Tan, L., & Cao, S. (2022). Performance Prediction and Geometry Optimization for Application of Pump as Turbine: A Review. Front. Energy Res. 9, 818118. doi: 10.3389/fenrg.2021. 818118.
2.Binama, M., Su, W. T., Li, X. B., Li, F. C., Wei, X. Z., & An, S. (2017). Investigation on Pump as Turbine (PAT) Technical Aspects for Micro Hydropower Schemes: A State-Of-The-Art Review. Renew. Sust. Energ. Rev. 79, 148-179. doi:10.1016/j.rser.2017.04.071.
3.Motwani, K. H., Jain, S. V., & Patel, R. N. (2013). Cost Analysis of Pump as Turbine for Pico Hydropower Plants - A Case Study. Proced. Eng. 51, 721-726. doi:10.1016/j.proeng.2013.01.103.
4.Carravetta, A., Del Giudice, G., Fecarotta, O., Morani, M. C., & Ramos, H. M. (2022). A New Low-Cost Technology Based on Pump as Turbines for Energy Recovery in Peripheral Water Networks Branches. Water, 14 (10), 1526.
5.Araujo, L. S., Ramos, H., & Coelho, S. T. (2006). Pressure Control for Leakage Minimisation in Water Distribution Systems Management. Water Resour. Manage. 20, 133-149. doi: 10.1007/ s11269-006-4635-3.
6.Samora, I., Manso, P., Franca, M. J., Schleiss, A. J., & Ramos, H. M. (2016). Energy recovery using micro-hydropower technology in water supply systems: The case study of the city of Fribourg. Water. 8 (8), 344.
7.Mitrovic, D., Novara, D., García Morillo, J., Rodríguez Díaz, J. A., & Mc Nabola, A. (2022). Prediction of Global Efficiency and Economic Viability of Replacing PRVs with Hydraulically Regulated Pump-as-Turbines at Instrumented Sites within Water Distribution Networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 148 (1), 04021089.
8.Carravetta, A., Del Giudice, G., Fecarotta, O., & Ramos, H. (2013). Pump as Turbine (PAT) Design in Water Distribution Network by System Effectiveness. Water. 5, 1211-1225. doi:10.3390/w5031211.
9.Buono, D., Frosina, E., Mazzone, A., Cesaro, U., & Senatore, A. (2015). Study of a Pump as Turbine for a Hydraulic Urban Network Using a Tridimensional CFD Modeling Methodology. Energ. Proced. 82, 201-208. doi:10.1016/ j.egypro.2015.12.020.
10.Rossi, M., Righetti, M., & Renzi, M. (2016). Pump-as-Turbine for Energy Recovery Applications: the Case Study of an Aqueduct. Energ. Proced. 101: 1207-1214. doi:10.1016/j.egypro. 2016.11.163.
11.Lydon, T., Coughlan, P., & McNabola, A. (2017). Pump-As-Turbine: Characterization as an Energy Recovery Device for the Water Distribution Network. J. Hydraul. Eng. 143 (8), 04017020. doi:10.1061/(asce) hy.1943-7900.0001316.
12.De Marchis, M., Fontanazza, C. M., Freni, G., Messineo, A., Milici, B., Napoli, E., Nataro, V., Puleo, V., & Scopa, A. (2014). Energy Recovery in Water Distribution Networks. Implementation of Pumps as Turbine in a Dynamic Numerical Model. Proced. Eng. 70, 439-448.
13.Renzi, M., Rudolf, P., Štefan, D., Nigro, A., & Rossi, M. (2019). Installation of an Axial Pump-As-Turbine (PaT) in a Wastewater Sewer of an Oil Refinery: A Case Study. Appl. Energ. 250, 665-676. doi:10.1016/j.apenergy.2019.05.052.
14.Nourbakhsh, A., & Derakhshan, SH. (2006). Analyzing and prediction of the best performance point of pump rotating as turbine. Journal of Faculty of Engineering (University of Tehran),39 (6), 765-771. [Translated in Persian]
15.Abdel Fatah, M., Ashraf, A., & Al Bazedi, G. A. (2022). Model and protected design of water piping system to minimize the water hammer effect. Chemical Engineering and Pilot Plant Department, Engineering Research Division, National Research Center, Dokki, Cairo, Egypt.
16.Wood, F. M. (1970). History of Waterhammer. Civil Engineering Research Report, #65, Queens University, Canada.
17.Brunone, B., Karney, B. W., Mecarelli, M., & Ferrante, M. (2000). Velocity profiles and unsteady pipe friction in transient flow. Journal of water resources planning and management, 126 (4), 236-244.
18.Pal, S., Hanmaiahgari, P. R., & Karney, B. W. (2021). An overview of the numerical approaches to water hammer modelling: The ongoing quest for practical and accurate numerical approaches. Water. 13 (11), 1597.
19.Urbanowicz, K. (2017). Computational compliance criteria in water hammer modelling. In E3S Web of Conferences. 19, 03021. EDP Sciences.
20.Streeter, V. L., & Lai, C. (1962). Waterhammer Analysis Including Fluid Friction. Journal of Hydraulics Division, ASCE. 88 (3), 79-112.
21.Wylie, E. B., & Streeter, V. L. (1993). Fluid Transients in Systems. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
22.Pejovic, S., Zhang, Q. F., Karney, B., & Gajic, A. (2011). Analysis of pump-turbine 'S'instability and reverse water hammer incidents in hydropower systems. In 4-th International meeting on Cavitation and dynamic problems in hydraulic machinery and systems (26-28). IAHR.
23.Hassanzadeh, Y., Kardan, N., Hassanzadeh, M., & Zamanian, J. (2017). Comparison of the Controlling Methods of the Maximum and Minimum Pressures Resulting from Water Hammer Phenomenon in High Pressure Pumping Stations. Water and Soil Science. 27 (1), 121-134. [Translated in Persian[
24.Parsasadr, A., Ahmadi, A., Keramat, A. & Lashkarara, B. (2015). Waterhammer caused by intermittent and simultaneously pump failure in pipe systems including series pump groups. Journal of Solid and Fluid Mechanics, 4 (4), 207-221. [Translated in Persian] 25.Kramer, M., Terheiden, K., & Wieprecht, S. (2018). Pumps as turbines for efficient energy recovery in water supply networks. Renewable Energy. 122, 17-25.
26.Chaudhry, M. H. (2014). Applied hydraulic transients (Vol. 415). New York: Springer.
27.Bentley HAMMER. (2018). Bentley Hammer CONNECT Edition Help. Watertown, CT, USA. Available from: https://docs.bentley.com/LiveContent/web/Bentley%20HAMMER%20SS6-v1/en/GUID-12FD39B9-2B8A-4C84-938F-0583CAD2AB23.html.
28.Hwang, N. H., Houghtalen, R. J., Akan, A. O., & Hwang, N. H. (1996). Fundamentals of hydraulic engineering systems (No. TC160. H8213 1981.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
29.Abuiziah, I., Oulhaj, A., Sebari, K., & Ouazar, D. (2013). Controlling transient flow in Pipeline systems by desurging tank with automatic air control. International Journal of Physical, Natural Science and Engineering, 7 (12), 334-340.
30.Kikuta, H., Shimokawa, K., Izutsu, K., Tsukamoto, T., & Nakamura, S. (2019). March. Unusual pressure rise during the load rejection at a Deriaz turbine. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (240: 2. 022058). IOP Publishing.
31.Adamkowski, A., & Lewandowski, M. (2015). Preventing destructive effects of water hammer in hydropower plant penstocks. In Proceedings of the ACI's Hydropower Development Conference: Europe. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 152 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 155 |