מניעת הלם מים בתחנות שאיבה.

שלום וברוכים הבאים ל"Controlling Water" – מרחב בו נדבר על מגופים, מים, מדי מים ותובנות מעניינות על תעשיית המים. בכל פרק מצטרפים אלינו לשיחה אנשי מקצוע מהתחום, המתמחים בכל הקשור למגופים, מדי מים וידע מקצועי מיטבי בתעשיית המים. אנו כאן עם קולין קירקלנד, מ-BERMAD Australia, שהוא אחד המהנדסים באוסטרליה.

עם ניסיון של למעלה מ-30 שנה בתעשייה, קולין מצטרף אלינו היום כדי לדבר עוד על הלם מים. הפעם נדון במניעת הלם מים בתחנות שאיבה. ברוך שובך קולין, תמיד כיף לארח אותך כאן.

טוב להיות כאן. תודה.

אז אני בטוח שזו שאלה קצת ארוכה, אבל האם תוכל קודם כל להסביר מדוע מתרחש הלם מים, במיוחד בתחנת שאיבה?

כן. ובכן, בפרקים קודמים דיברנו למעשה על מהו הלם מים, וכמובן שמדובר בעלייה מהירה בלחץ הנוצרת משינוי פתאומי מאוד בספיקה. זה בדיוק מה שתחנת שאיבה עושה כל יום. אם נסתכל, יש לנו הרבה תחנות שאיבה שבהן המשאבות יכולות להתחיל ולעבוד במשך ימים ושבועות ברציפות, או שיש לנו משאבות שיכולות לבצע 20, 30, 40 התנעות ביום.

התוצאה הסופית היא שבתחנת שאיבה, כאשר אתה מפעיל משאבה אתה יוצר שינוי בספיקה. כאשר אתה מכבה את המשאבה, אתה יוצר שינוי מהיר בספיקה. כך שהתנאים הללו של האצה מבוקרת והאטה מבוקרת קורים, בין אם תרצה ובין אם לא. זה תלוי באופן שבו אתה שולט בכך, כדי לקבוע את התוצאה הסופית.

לכן תחנות שאיבה הן כנראה מהגורמים המרכזיים ביותר ליצירת הלם מים בכל התעשיות, בין אם מדובר בכרייה, מים, השקיה או כל תחום אחר. הדבר המרכזי כאן הוא באמת להבין מהי תכנון תחנת שאיבה, ולגרום לה לעבוד ביעילות בתנאי הפעלה רגילים, אך גם בתנאים לא מבוקרים.

במילים אחרות, במקרה של כשל חשמל או בתנאים לא מבוקרים. לכן תחנות שאיבה הן ללא ספק הגורם המרכזי ביותר להלם מים שנתקלתי בו במשך שנים רבות.

אם כך, כיצד מעצבים בדרך כלל ממזערים מצב זה?

אוקיי. אז אם היינו מתכננים תחנת שאיבה עצמה, אם נחשוב על משאבות טיפוסיות, ייתכן שתהיה לנו מנוע חשמלי, תהיה לנו מצמד ותהיה לנו משאבה. וכאשר מתכננים את המשאבות הללו, בדרך כלל מתכננים משאבה שיכולה לספק מספיק ספיקה ואנרגיה כדי להעביר את המים לאן שצריך. ורוב האנשים, כאשר הם מרכיבים את סט המשאבות הזה, וכאשר הם שוקלים מנוע חשמלי, הם גם ישקלו דרכים שונות להפעיל ולעצור את המנוע הזה.

אז ישנם תהליכים רבים שקיימים כבר הרבה מאוד זמן. יש מה שנקרא DOL, שזה חיבור ישיר לרשת, וחיבור ישיר לרשת בעצם אומר שכאשר מישהו ניגש ולוחץ על כפתור ההפעלה, בום, המשאבה מתחילה מיד ויוצאת לדרך, ואם עוצרים אותה היא נעצרת מיידית. אין בקרה, וזה גרוע מאוד מבחינת הלם מים.

ואז יש דברים כמו מתנעים כוכב-משולש. מתנע כוכב-משולש הוא כמו התקנה מדורגת והוא עושה זאת בפרק זמן מבוקר כדי להאיץ בהדרגה. בדרך כלל גם ההאטה היא מאוד לא טובה. אבל כיום נעשתה עבודה רבה מאוד על איך לשלוט בהפעלה של משאבות. ויש הרבה דברים שנקראים מתנע רך או וסת מהירות משתנה, או שמכנים אותם "דרייבים". ואלו הם מוצרים חשמליים שבעצם מאפשרים למנוע להאיץ בקצב איטי ומבוקר.

ולהפך, כאשר מגיעים לכיבוי, הם מאפשרים להאט בהדרגה. עכשיו, מה שרוב האנשים בודקים זה שכאשר הם מתכננים תחנת שאיבה, הם בדרך כלל לא מסתכלים על הלם מים. זה דבר משני. מה שמעניין אותם זה שהמשאבה תהיה יעילה ככל האפשר. והם יודעים שאם מפעילים את המשאבה מהר מאוד, היא צורכת הרבה מאוד חשמל. כלומר, צריך 30% יותר הספק כדי להפעיל את המשאבה. אבל אם עושים זאת עם דרייב ומעלים את ההספק בעדינות, לא נדרש כל כך הרבה הספק. כך שהמנוע קטן יותר, התשתית קטנה יותר, וזה יותר יעיל, כך שיש הרבה מאוד מצבים טובים שיכולים להפעיל ולעצור את המנועים האלה בצורה יעילה.

מה שאנחנו תמיד בודקים, מהיבט של הלם מים, זה לראות איך מפעילים ועוצרים את המשאבה. ואנחנו יכולים לראות מה ההשפעות נטו על כמה זה ישפיע על הלם מים, אבל בדרך כלל לא מסתכלים על זה מהזווית הזו. הם מסתכלים רק על זה שזה יעבוד ויעבוד ביעילות.

אז כיום, רוב המתכננים, כאשר הם מתכננים את תחנת השאיבה, ישלבו אחד מהנהלים להפעלת המשאבות, בין אם זה דרייב, מתנע רך או DOL. הדבר המרכזי הוא מה שאנחנו בודקים מהיבט של הלם מים, כלומר אנחנו רוצים משהו שמאיץ בהדרגה ומאט בהדרגה, שיהיה רך למערכת. עכשיו, חלק מהמערכות האלו עשויות לסייע במניעת הלם מים, אבל בהחלט לא כולן.

טוב לדעת. טוב לדעת. קולין, אני רוצה להתייחס למה שאמרת קודם. ציינת שבמקרים רבים, התכנון עשוי להיות מסוגל למזער הלם מים.

כן.

אני מניח שישנם תנאים שבהם שינוי העיצוב הזה אולי לא באמת יעבוד. מהם חלק מהתנאים הללו?

בסדר. אם נדבר על אותם התקני התנעה בסיסיים שדיברנו עליהם – התנעה ישירה, קצב התנעה מהיר מאוד, עצירה מהירה, למעשה אין לכך שום השפעה על הלם מים.

נכון.

מתנעים ישירים מסוג כוכב-משולש משפיעים במידה מסוימת, כיוון שיש בהם עלייה הדרגתית קלה במהירות הסיבוב (RPM) של המשאבות, מה שלא נחשב לגרוע במיוחד, אך התנעה רכה יכולה להשפיע לטובה באופן משמעותי.

לכן, התנעה רכה או וסת מהירות (Drive) יכולים להעלות את מהירות המשאבה בהדרגה ולהכניס ספיקה ולחץ אל הצנרת בצורה מדורגת, וזה דבר חיובי. אך התפיסה הכללית של המפעיל היא – אם הייתי מעלה את מהירות המשאבה לאורך 60 שניות, ההנחה היא שהספיקה תעלה בהדרגה לאורך אותן 60 שניות, וזה לא תמיד נכון.

כאשר המשאבה מתחילה להעלות את מהירותה, היא מתחילה לפתח לחץ. כעת, הספיקה מתחילה לזרום רק לאחר שמתגברים על העומד הסטטי. כדי לפשט, דמיינו שאני שואב מים במעלה גבעה, והגבעה נמצאת קילומטר אחד ממני, בגובה של 50 מטר. עד שהמשאבה לא מייצרת אנרגיה בגובה 51 מטר, היא לא מתגברת על כל האנרגיה הסטטית שמול המשאבה, והמים לא מתחילים לזרום.

כעת, אם המשאבה עולה בהדרגה לאורך 60 שניות, אך 50 שניות מתוכן נדרשות כדי להגיע ל-51 מטר, לא עברה כל ספיקה – היא רק עלתה ועלתה ולא עשתה דבר. ופתאום, בבת אחת, זה נפתח. כלומר, בפועל, היו לי רק חמש שניות של העברת מים, מה שבעצם לא מועיל במיוחד.

כן.

אז, כדי לענות על שאלתך, אם גובה העמודה הסטטי שעליו אנחנו מדברים, כלומר אותם 15 מטרים של עמודה, קרוב מאוד לעמודה בזמן עבודה, נניח 60 מטרים, אז סביר להניח שזה לא ישפיע לטובה על הלם מים, כי זה לא יעלה את הספיקה בהדרגה. וחשוב מכך, זה גם לא יוריד את הספיקה בהדרגה.

ברגע שמתחילים להוריד את הספיקה אחרי 10 שניות, זה יעצור את הזרימה באופן מיידי. אז, לסיכום, אם גובה העמודה הסטטי קרוב מאוד לעמודה בזמן עבודה, זה למעשה לא יעיל נגד הלם מים, והמערכת לא תעשה הרבה, אם בכלל.

טוב לדעת. אז בתנאי הזה, שבו הלחצים מאוד דומים, מה אפשר לעשות כדי להגיע לאותה תוצאה? אני בטוח שלאורך השנים, עם הניסיון שלך, ייתכן שמצאת כמה פתרונות.

כן שרה, יש לנו. יש לנו פתרון מצוין שנקרא מגוף פיקוד משאבה מדגם 740 של ברמד. הוא קיים מאז שאני בארגון, והוא מהווה אמת מידה למוצר שעובד באמינות לאורך שנים רבות מאוד.

מה שהמוצר הזה בעצם עושה, הוא שללא קשר למהירות ההאצה של המשאבה, מה שאנחנו רוצים להשיג הוא עלייה הדרגתית בספיקה כאשר אנחנו שואבים במעלה הגבעה. מגוף פיקוד המשאבה או ברמד דגם 740 הוא סולנואיד. כלומר, כאשר אני מפעיל את המשאבה, אני מפעיל את הסולנואיד, וכאשר נבנה מספיק לחץ, המגוף נפתח בקצב איטי ומבוקר, וכך פחות מים עולים בצנרת. זה בדיוק כמו שמפעיל היה אומר: יש לי מגוף שער, ואני אתחיל כשהוא סגור, וכאשר אני מפעיל את המשאבה והיא מתחילה לעבוד, אני אבקש מהמפעיל לפתוח את מגוף השער באיטיות רבה, וכך אכניס מים לצנרת בצורה הדרגתית ואיטית. זה מצוין להפעלת משאבה, והמגוף של ברמד עושה זאת בצורה פשוטה, אמינה ויעילה.

חשוב מאוד לציין, שרוב הלם המים מתרחש כאשר מכבים את המשאבה. אם הייתי מפעיל והיו אומרים לי: תוודא שאתה מכבה את המשאבה בצורה בטוחה, הייתי משאיר את המשאבה פועלת וסוגר את מגוף השער באיטיות במשך דקה או שתיים. הייתי מפחית את הספיקה, מפחית את הספיקה, מפחית את הספיקה. כאשר הספיקה יורדת ל-10% מהספיקה המתוכננת, הייתי מכבה את המשאבה, וכך כמעט ואין שינוי בזרימה ואין הלם מים. זה בדיוק מה שמגוף ברמד עושה גם כן.

כאשר מתקבל אות לעצירת המשאבה, המשאבה ממשיכה לפעול, אך המגוף עובר למצב לא ממותג, והמגוף אומר: אני הולך להיסגר באיטיות בקצב לינארי ומבוקר, וכאשר אני מגיע ל-90% סגירה, יש לי מיקרו-סוויץ' קטן שאומר: כבה את המשאבה. זה מתבצע אוטומטית.

אהבתי את זה.

אז זהו מגוף שנראה פשוט מאוד, אך למעשה הוא יעיל במיוחד במתן עלייה הדרגתית בספיקה, ירידה הדרגתית בספיקה, ללא תלות בתצורה. לכן, בתחומים כמו שאיבה, בניינים רבי קומות, מכרות שמעבירים מים למרחקים גדולים, אספקת מים או השקיה – בקרה על המשאבה היא כלי יעיל במיוחד.

והאפקט הכולל, מכיוון שמדובר במגוף הידראולי דו-נפחי, הוא גם מגוף אל-חוזר. הסיבה לכך היא שכל משאבה בדרך כלל כוללת מגוף אל-חוזר כדי להבטיח שכאשר מכבים את המשאבה, לא תהיה זרימה חוזרת. פונקציה זו משולבת גם בפעולה הדו-נפחית של המגוף שלנו. כך שמדובר במגוף שנפתח ונסגר באיטיות, וגם במגוף אל-חוזר – הכל בפעולה אחת.

וואו. בואו ניקח הפסקה קצרה.

אתם מאזינים ל"Controlling Water", הפודקאסט של ברמד. המקור המרכזי שלכם לתובנות על כל מה שקשור לטכנולוגיות מים, מגופים ומדי מים. למידע נוסף על כל אחד מהמוצרים או הנושאים שנדונו בפרק זה, וכן למגוון רחב של משאבים ומאמרים שנועדו לתמוך בכם כאנשי מקצוע בתחום המים, בקרו בכתובת https://www.bermad.com.au.

ועכשיו, בחזרה לתוכנית.

קולין, מההבנה הקצרה שלי לגבי רוב תחנות השאיבה, תמיד יש מגוף אל-חוזר ביציאת המשאבה. האם זה אומר שניתן להסיר את מגוף האל-חוזר הקיים?

כן. זו שאלה חשובה, שרה, כי לא מומלץ לשים מגופי אל-חוזר בטור. מכיוון שמגוף בקרת המשאבה שלנו כבר מתפקד כמגוף אל-חוזר, את בעצם מוסיפה מוצר נוסף ללא תועלת ממשית.

הבעיה יכולה להיות שאם יש מגופי אל-חוזר שנסגרים בקצבים שונים, עלול להיווצר לחץ בין השניים בזמן הסגירה, מה שעלול לגרום לקפיצות והלם מים – תופעות לא רצויות.

אז, כדי לענות על השאלה שלך, אנחנו לא אוהבים להשתמש במגוף אל-חוזר נוסף כשאנחנו משתמשים בבקרת המשאבה, כי היא כבר מספקת את הפונקציה הזו. לכן עדיף לוותר על זה. זה עוד דבר אחד שפחות צריך לדאוג לו מבחינת הפסד עומד ותחזוקה, ועוד.

נשמע טוב. והאם המגוף יכול לבצע פונקציות נוספות מלבד פתיחה-סגירה ופונקציות אל-חוזר?

כן, אז המגוף הוא מגוף בקרה מופעל דיאפרגמה. אופן הפעולה שלו הוא בכך שמזרימים מים אל תא הבקרה העליון של המגוף, מה שגורם לו להיסגר, וכאשר מסירים את המים הוא נפתח. ניתן לשלב בו תכונות נוספות רבות, כולן במגוף אחד.

וכמה דוגמאות: נניח שהמשאבה פועלת ומספקת מים לרשת הפצה, ופורצת שריפה. במצב כזה, רכבי כיבוי רבים שואבים מים נוספים מהקו הראשי. אם שואבים יותר מדי מים מהקו הראשי והמשאבה מגיעה לסוף העקומה שלה או לקצה הקיבולת, ככל שמזרימים יותר מים, המנוע צורך יותר אנרגיה. אם מגיעים לרמה קריטית וממשיכים לדרוש עוד ועוד ספיקה, נמשכת צריכת אנרגיה גבוהה יותר. ברגע שעוברים את הגבול, המנוע יפסיק לפעול וייכבה. זהו מצב קטסטרופלי במקרה של שריפה, כי פתאום אין לחץ מים.

לכן, במקרים רבים ניתן לספק פונקציית בקרת ספיקה. אם ידוע, למשל, שהספיקה הקריטית של המשאבה היא 100 ליטר לשנייה, נאפשר לה לעבוד עד ערך זה. אך אם הביקוש בשטח מתחיל לעלות על קיבולת המשאבה, אדאג שהמשאבה לא תיכבה – זו פונקציית בקרת הספיקה.

לעיתים, בהתאם לאופי עקומת המשאבה – אם היא תלולה או שטוחה – ניתן גם להשתמש בפונקציית שמירת לחץ, שיש לה השפעה דומה לבקרת ספיקה, ושומרת את המשאבה על העקומה שלה. חשוב מאוד שכל הזמן תוודא שהמשאבה פועלת ביעילות ולא נכנסת לאזור קוויטציה. אם מגוף נכנס לקוויטציה, עלולה להתרחש תקלה מוקדמת ושחיקה רבה בתוך המשאבה ובחלקים נוספים.

על ידי שילוב הפונקציות הנוספות האלו, ניתן גם להגביל את זה. ייתכן מצב שבו מספקים מים למאגר הפצה, ואז סוגרים חלק מהאספקה ומעבירים למאגר קטן יותר. פתאום הספיקה יורדת למחצית, והלחץ עולה יותר מדי – זו בעיה. לכן ניתן לשלב פונקציית הקטנת לחץ. אפשר להוסיף את הפונקציות האלו בזמן ההתקנה או בהמשך הדרך. לסיכום, זהו מגוף רב-שימושי וגמיש מאוד. עיקרי הדברים הם שמדובר במגוף אל-חוזר, מונע הלם מים על ידי פתיחה וסגירה איטית, ויכול לבצע בקרת ספיקה, שמירה או הקטנה של לחץ לפי הצורך. זה כמו "סכין שווייצרית" עם כל הכלים הקטנים.

נשמע כך. אני אוהב את זה.

אז אם מישהו שוקל שימוש במגוף בקרה למשאבה, האם זה יוצר הפסד עומד נוסף בתחנת המשאבות? אה, אני מניח שנצילות השאיבה היא קריטית בכל תכנון.

בהחלט. כן, לחלוטין שרה. אז אנחנו יודעים שכאשר את מתכננת משאבה ומסתכלת על רשת, מה שאת מנסה לעשות הוא לבחור משאבה שהיא באמת יעילה, צורכת מעט אנרגיה, כדי שתוכלי לשמור על הכל יעיל וירוק. אם אני שמה משהו בנתיב הזרימה שגורם להפסד עומד גבוה, פתאום זה אומר שאני צריכה משאבה גדולה יותר ומנוע גדול יותר, וזה לא יעיל.

לכן אנחנו תמיד נוטים לתכנן את המגוף כך שיתאים לצנרת היציאה של בית המשאבה, אך להבטיח שהפסד העומד כמעט ואינו מורגש כלל. עיצוב תצורת Y של ברמד יעיל מאוד ביצירת הפסד עומד נמוך. לכן הוא ממש מיועד ליישומי בקרה למשאבה כדי להבטיח שכמעט ואין, או שיש מעט מאוד, אם בכלל, הפסד עומד.

אם כך נראה שמגוף בקרת המשאבה הוא תכנון גמיש ויעיל שיכול להפחית את השפעת הלם מים בכל מצב התנעת משאבה. מה קורה במקרה של הפסקת חשמל בתחנת המשאבות?

אוקיי. אוקיי. אז, מה שהסברנו הוא מה שהמגוף באמת יכול לעשות, או מה שהתהליך יכול לעשות, בתנאים מבוקרים רגילים. אם אין חשמל, כל הרכיבים כבויים, המגוף נסגר ואתה לא רוצה לדעת מה קורה אחרי זה. אז עכשיו אנחנו מדברים על הלם מים בתנאים לא מבוקרים. אולי זה נושא לפודקאסט הבא. מה את חושבת, שרה?

נשמע שזה עשוי להיות קולין.

ובכן, זה מסכם את הפרק השבועי שלנו על מניעת הלם מים בתחנות שאיבה, בדיקות מגופים, והעיצובים שנועדו לצמצם הלם מים.

תודה שהצטרפתם אלינו, ואנו מצפים לפרק הבא. למידע נוסף על תעשיית המים, כולל מוצרים, טיפים, התקנות, הפעלה וטכניקות תחזוקה, בקרו בכתובת https://www.bermad.com.au והירשמו לניוזלטר התעשייתי שלנו. תצטרפו ליותר מ-3000 אנשי מקצוע מהתחום ותלמדו מצוות המומחים המנוסה של ברמד.

תודה שהאזנתם לפרק זה של "שולטים במים". לפרקים נוספים, משאבים ומדריכים, בקרו ב-https://www.bermad.com.au עוד היום.