سعی بر آن است که مطالب مرجع تخصصی آب و فاضلاب شامل مسایل ، مقالات و اخبار عمران آب و فاضلاب,آب و فاضلاب و به صورت تخصصی فرآیند های تصفیه آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب و صنعت آب و فاضلاب باشد.
دانشنامه آنلاین آب و فاضلاب
رشته های مرتبط:مهندسی عمران آب و فاضلاب،مهندسی تکنولوژی آب و فاضلاب،مهندسی آب و فاضلاب،محیط زیست،مهندسی بهداشت محیط،مهندسی آب،مهندسی شیمی و...
امیرحسین ستوده بیدختی
,.
تاسیسات آبرسانی
۱۳۹۰/۰۳/۲۴
14:19
|
مقدمه:
آبرسانی از روزگاری آغازگردید که بشر زندگی گروهی را برگزید.لذا برای تامین نیاز خود از آب اولین شهر ها را در کنار رود خانه هایی مانند نیل,دجله,فرات و سند ساخت.در محل هایی که دسترسی به آب رودخانه نبود برای رفع نیاز های خود اقدام به کندن چاه نمود و چون همه آبهایی که در دسترس بودند از نظر کمی و کیفی جوابگوی نیاز های انسان را نداشتند , به فکر جابجا کردن آن افتاد و تکنیک آبیاری و آبرسانی به وجود آمد.
در قدیم شبکه آبرسانی شهر ها با شبکه آبیاری کشاورزی جدا از هم نبودند و انسان با دستبرد در چگونگی آب آن را برای آشامیدن مناسب می ساخت.تنها از گذشته ای نزدیک بود که با توجه بیشتر انسان به کیفیت آب های آشامیدنی و مخصوصاً از دید بهداشتی و گندزدایی آنها شبکه های آبرسانی شهری از شبکه های آبیاری کشاورزی جدا گشتند.
اجزای تاسیسات آبرسانی:
1.تاسیسات مربوط به برداشت آب از چاه ها , چشمه ها , رودخانه ها و دریاچه ها
2.تاسیسات تصفیه آب شامل استخرهای ته نشینی , صافی ها , دستگاه های هوا رسانی و تاسیسات گندزدایی آب
3.تاسیسات ذخیره آب و ایجاد فشار در شبکه نظیر مخازن همسطح زمین , مخازن بلند و بالاخره مخازن هوایی(برج های آب)
4.شبکه پخش آب در شهر شامل شاه لوله ها , لوله های اصلی و فرعی ,شیر ها وقطعه های اتصالی از قبیل زانویی ها و سه راهی ها و غیره
1. تاسیسات مربوط به برداشت آب از چاه ها , چشمه ها , رودخانه ها و دریاچه ها:
برای برداشت و استحصال آب از اکثر منابع آبی و برای رسیدن به فشار مورد نیاز , دبی مورد نیاز و آب سالم در تاسیسات آبرسانی باید از پمپ ها استفاده کرد.پمپ ها قطعات مکانیکی هستند که به منظور دادن انرژی جنبشی به سیال استفاده می شوند.
در این بخش آشنایی مختصری با انواع متداول پمپ های آبرسانی , محل و شکل و کاربرد اقتصادی , و بالاخره انتخاب مناسب آنها در آبرساتی شهرها مورد نظر است.
(1-1)- محل و موقعیت پمپ ها (تلمبه ها) :
در محل هایی که سطح آب مورد برداشت نسبت به سطح تلمبه خانه پایین تر قرار گرفته باشد , وضع و عمق کارگذاری پمپ
نسبت به ارتفاع لوله مکش فرق می کند.
الف) در صورتیکه ارتفاع لوله مکش یعنی فاصله قائم سطح آب مورد برداشت تا محور پمپ های دورانی کمتر از 6 متر و پمپ های پیستونی کمتر از 8 متر باشد؛می توان موتور و پمپ را در روی سطح زمین کار گذاشت و آنها را مستقیماً به هم ارتباط داد.
ب) در صورتیکه ارتفاع لوله مکش بیش از 6 متر باشد , به علت امکان تبخیر و قطع جریان اب در لوله مکش , چند راه حل گوناگون موجود است :
نخست- موتور را در روی زمین کار گذاشته و پمپ را روی سطح آب و یا در زیر سطح آب قرار می دهند؛در اینصورت دوران پمپ توسط محور دورانی که بین پمپ و موتور قرار دارد اجرا می گردد.محور دوران نامبرده باید کاملاً مهار گردد تا در اثر کمانش نشکند.اگر پمپ کوچک و وزن آن کم باشد , می توان آن را با کمک پوسته ای ثابت لوله ای شکل به موتور آویزان نمود.این پوسته کار مهار کردن محور دوران پمپ را نیز انجام می دهد.در مواردی که پمپ بزرگ و سنگین باشد باید در نزدیکی سطح آب جاسازی شود.در صورتیکه نتوان موتور را در بالای پمپ کار گذاشت , محور دوران نامبرده از دو قسمت افقی و قائم تشکیل می گردد که توسط چرخ دنده 45 درجه نیروی موتور را به پمپ منتقل می کند.این روش در چاه های نیمه عمیق و کم عمق بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و باید توجه نمود که چرخ دنده های نامبرده در جعبه دنده ای پر از روغن قرار گیرند تا افت راندمان موتور کاهش یابد.برای عمق های بیش از 25 متر , این روش به علت مشکلات ناشی از انتقال نیرو اقتصادی نخواهد بود.
دوم- موتور و پمپ با هم در یک پوسته کاملاً آب بندی شده ای در آب شناور می باشند.این پمپ ها به نام پمپ های شناور معروفند و موتور آنها تنها می تواند برقی باشد.قیمت اینگونه پمپ ها نسبتاً گران و لذا برای عمق های بیش از 20 متر اقتصادی است.
(1-2)- انواع پمپ ها:
در میان انواع پمپ های موجود تقریباً تنها دو نوع در آبرسانی کاربرد فراوان دارند که عبارتند از پمپ های پیستونی یا ضربه ای و پمپ های دورانی یا سانتریفوژ.امروزه با تکامل پمپ های دورانی , پمپ های پیستونی خیلی کمتر مورد استفاده قرار می گیرند , لذا در این بخش توجه بیشتری به پمپ های دورانی میگردد.
(1-2-1)- پمپ های پیستونی:
در حالتی که نسبت بین ارتفاع تلمبه زنی (ارتفاع مانومتری) بر حسب متر به دبی جریان بر حسب لیتر در ثانیه بیش از 30 تا 50 باشد(ارتفاع نامبرده خیلی زیاد و دبی بسیار کم), کاربرد پمپ پیستونی ممکن است باصرفه باشد ولی در هر صورت برای دبی های بیش از 50 لیتر در ثانیه کاربرد پمپ های پیستونی به هیچ وجه معمول نیست.به عبارت دیگر پمپ های پیستونی تنها وقتی ممکن است مورد توجه قرار گیرندکه جریان مقدار کمی آب به ارتفاع بسیار زیادی مورد نظر باشد.برتری پمپ های پیستونی در این است که بر خلاف پمپ های دورانی تغییر دبی پمپ فشار تولید شده را تغییر نمی دهد و به علاوه پمپ های
2
پیستونی بازده زیاد و قابلیت تنظیم بیشتری دارندکه توسط تغییر دور موتور انجام می گیرد.عیب این پمپ ها گرانی , بزرگی و
نیاز به جای زیاد برای کار گذاری , ایجاد ضربه قوچ در ضمن کار و کمتر بودن ایمنی کار آنها نسبت به پمپ های دورانی
است.
- دسته بندی پمپ های پیستونی: از نقطه نظر کار پمپ های پیستونی به دو دسته تقسیم می شوند:
دسته نخست: پمپ های یک طرفه که تنها از یک سوی پیستون برای ایجاد فشار و مکش استفاده می شود و لذا فشار آب در لوله بین صفر و ماکزیمم تغییر کرده و این تغییر ناگهانی ایجاد ضربه قوچ در لوله می نماید.برای این دسته از پمپ ها باید حتماً منبع خفه کننده ضربه پیش بینی نمود.این دسته از پمپ های پیستونی قادر به ایجاد فشار بیشتر ولی دبی کمتری می باشند.
دسته دوم: پمپ های دوطرفه که پیستون در آن ها یک در میان در هر سو ایجاد فشار و مکش می کند.لذا دبی به دست آمده و بازده کار آن بیشتر می گردد.ضربه قوچ در این دسته از پمپ ها کمتر ولی پیش بینی منبع خفه کن لازم است.بازده پمپ های پیستونی ارزان قیمت حدود 60% و پمپ های متوسط 70% و پمپ های خوب و گران قیمت 80% و گاهی هم بیشتر می باشند.از نقطه نظر کار گذاری , پمپ های پیستونی را ممکن است به شکل افقی و یا قائم کار گذارند.تعداد دور پمپ های پیستونی متفاوت و از 30 دور در دقیقه (پمپ های آهسته) تا 300 دور در دقیقه (پمپ های تند) در آبرسانی به کار می روند.
- منحنی های مشخصه پمپ های پیستونی: در پمپ های یک طرفه فرستادن آب در لوله به تناوب انجام می گیرد و وقتی پمپ در حال مکش است جریان آب در لوله فشاری صفر و لذا منحنی تغییرات فشار نسبت به دبی جریان یک در میان (هر 180 درجه چرخش موتور) ماکزیمم و صفر می گردد.
در پمپ های دو طرفه منحنی تغییرات فشار از ترکیب منحنی های دو پمپ یک طرفه که به شکل موازی کار کنند و 180 درجه با هم اختلاف فاز داشته باشند به دست می آید.دبی جریان در این پمپ ها تقریباً یکسان می ماند ولی فشار در لحظه هایی که پیستون جهت حرکت خود را تغییر می دهد , ناگهان به صفر می رسد و ضربه قوچ پدید می آید.با ترکیب چند پمپ پیستونی موازی که لحظه های تغییر جهت حرکت پیستون های آنها بر هم منطبق نباشند , می توان اثر این تغییر فشار را کاهش داد.
(1-2-2)- پمپ های دورانی:
اصول کار این پمپ ها بر استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران پره های متحرک پایه گذاری شده است.ذرات آب با کمک پره های نامبرده به سوی پره ها ومجرا های هدایت کننده و به وسیله آن ها نیز به سوی لوله خروجی پمپ فرستاده و فشرده می شوند.
امروزه بجز در موارد استثنایی که از پمپ های پیستونی استفاده می شود در بیشتر کار های آبرسانی پمپ های دورانی به کار
می روند.برتری این پمپ ها به پمپ های پیستونی در ارزانی آنها , کاربرد آسانتر و ایمنی بیشتر در کار می باشد.عیب این پمپ ها حساسیت آنها در برابر مواد معلق به ویژه ماسه و کم بودن بازده آنها است.البته با تغییراتی در شکل و تعداد پره ها می توان از حساسیت آنها در این زمینه کاست (پمپ های فاضلاب) ولی این کار معمولاً همراه با پایین آمدن ارتفاع تلمبه زنی و بازده آنها می باشد.
- انواع پمپ های دورانی: از نظر شکل پره ها و جهت وارد شدن وبیرون آمدن آب , این پمپ ها به سه دسته تقسیم می گردند:
دسته نخست: پمپ های دورانی محوری که آب در امتداد محور پمپ وارد و از همان امتداد هم بیرون می رود.ارتفاع مانومتری کم ولی سرعت دورانی و دبی این پمپ ها زیاد می باشند.
دسته دوم: پمپ های دورانی نیمه محوری که در آنها آب در امتداد محور پمپ و با زاویه ای کمتر از 90 درجه نسبت به محور بیرون می رود.ارتفاع مانومتری , دبی و سرعت دورانی این پمپ ها متوسط است.
دسته سوم: پمپ های دورانی شعاعی که بیش از دو نوع دیگر به کار برده می شوند , آب در آنها در امتداد محور وارد و در امتداد شعاع بیرون می رود. ارتفاع مانومتری در این پمپ ها زیاد , سرعت دورانی و دبی آنها کم می باشد.
سرعت دورانی پمپ های سانتریفوژ غالباً بین 1000 تا 3000 در در دقیقه می باشد.
از نظر شکل کار گذاری هر یک از انواع نامبرده , ممکن است پمپ های دورانی با محور افقی و یا قائم ساخته شوند. این پمپ ها ممکن ایت در خشکی کار کنند و یا در حالتی که ارتفاع مکش آنها از 6 تا 7 متر بیشتر نگردد , در درون آب قرار می گیرند.از این قبیل پمپ ها می توان پمپ های توربینی را نام برد که در آنها موتور در روی زمین و پمپ های چند طبقه آنها درون آب قرار می گیرند. حرکت موتور توسط محور به پمپ منتقل می گردد. این گونه پمپ ها برای چاه های نیمه عمیق قابل استفاده است.
برای برداشت اب از گودی های بیشتر مانند چاه های عمیق , موتور و پمپ با هم در پوسته کاملاً آب بندی شده ای قرار داده شده و به نام پمپ های شناور نامیده می شوند. کاربرد پمپ های شناور بسیار ساده ولی قیمت آنها نسبت به بقیه پمپ ها گرانتر می باشند. پمپ های شناور با تکامل خود روز به روز جای مصرف پمپ های دیگر را در بازار می گیرند.
- منحنی های مشخصه پمپ های دورانی : همانطور که پیش از این اشاره شد متاسفانه با تغییر دبی در پمپ های دورانی ارتفاع مانومتری آنها تغییر می کند.شدت این تغییر بستگی به شکل و ساختمان پره ها و مجرا های هدایت کننده آب دارد.هر چه این تغییرات کمتر باشد , کار با پمپ آسان تر می گردد.منحنی تغییرات دبی نسبت به ارتفاع مانومتری یعنی (H-Q) مهمترین منحنی مشخصه پمپ می باشد.تغییر دبی علاوه بر تغییر ارتفاع تلمبه زنی مقدار بازده و در نتیجه مقدار قدرت پمپ را نیز تغییر می دهد.لذا منحنی های نمایش تغییرات دبی با بازده (ɳ-Q) و با قدرت پمپ (N-Q) نیز منحنی های مشخصه پمپ نامیده می شوند.با توجه به در انتخاب پمپ ها باید کوشید که در عین حال که دبی و ارتفاع مانومتری مورد نظر را تامین می کند , بازده یا راندمان( ɳ ) آنها نیز حداکثر باشد.
(1-3)- کاربرد چند پمپ با هم :
گاهی عللی مانند زیادبودن نوسان های مصرف کننده و یا محدودیت های مکانی سبب می گردد که با وجود گرانتر شدن تاسیسات تلمبه خانه , به جای یک پمپ بزرگ , از چند پمپ کوچک استفاده شود.
- کاربرد پمپ های موازی : وقتی نوسان های مصرف کننده بسیار زیاد باشد , به جای یک پمپ بزرگ از چند پمپ کوچک استفاده می شود تا بتوان بسته به نیاز تعدادی از آنها را به کار وا داشت و از کار کردن بیهوده بقیه جلوگیری نمود و نیز در مواقعی که بخواهند دبی بیشتری از تاسیسات یک تلمبه خانه ساخته شده به دست آورند , پمپ هایی به صورت موازی با پمپ های موجود کار می گذارند.در کاربرد پمپ ها به صورت موازی باید توجه نمود مقدار دبی که هر یک از پمپ های موازی به لوله مشترک آب می فرستند بسته به ارتفاع مانومتری آنها تنظیم می گردد و برابر دبی آن پمپ ها وقتی به تنهایی کار می کنند نیست.لذا برای کشیدن منحنی مشخصه مجموع چند پمپ موازی کافیست مانند به ازای مقدار های ثابتی از ارتفاع مانومتری(H_man) دبی پمپ ها را با یکدیگر نماییم.
(1-4)- محاسبه قدرت پمپ ها :
پس از تعیین نوع و محل کارگذاری پمپ باید برای انتخاب آن قدرتش محاسبه گردد.اگر ارتفاع مانومتری (H_man) را بر حسب متر و دبی جریان را در پمپ Q بر حسب متر مکعب بر ثانیه و وزن مخصوص آب را γ بر حسب کیلو گرم وزن در متر مکعب و ɳ بازده پمپ در نظر بگیریم , قدرت آن از را بطه (1-1) بر حسب کیلوگرم متر در ثانیه به دست می آید.
(1-1) N=(γ .Q .H_man )/ɳ [kgm/s]
در صنعت و عمل معمولاً قدرت را برحسب اسب بخار (hp) و یا کیلو وات (kw) تعیین می کنند که با توجه به ضرایب آنها خواهیم داشت:
(1-2) N=(γ .Q .H_man )/(75 . ɳ) [hp]
(1-3) N=(γ .Q .H_man )/(102 . ɳ) [kw]
(1-4-1) – ارتفاع مانومتری :(H_man)
انرژی نظیر ارتفاع مانومتری پمپ در یک سیستم انتقال آب به سه گونه مصرف می گردد:
الف) بخش کمی از آن صرف به حرکت در آوردن ذرات ساکن آب می گردد.یعنی انرژی پتانسیل نامبرده تبدیل به انرژی سینتیک〖 h〗_₀= v^2/2gمی گردد.
ب)بخش دیگری از ارتفاع مانومتری صرف از بین بردن مقاومت های ناشی از سایش ذرات آب با دیواره لوله و سایش و برخورد ذرات نامبرده با همدیگر می شوند.یعنی انرژی پتانسیل تبدیل به انرژی حرارتی گردیده و هدر می رود.این تلفات انرژی را با h^, و h^(,,) و . . . نشان می دهند.
ج)بقیه انرژی نظیر ارتفاع مانومتری صرف بالا بردن ذرات آب از منبع پایین دست (منبع مورد برداشت) به منبع بالا دست (مخزن تغذیه) می گردد.اگر ارتفاع سطح آزادآب را در منبع پایین دست را نسبت به سطح مقایسه اختیاری (مثلاً سطح آب در دریا های آزاد) با z_1 و ارتفاع سطح آب در منبع بالا دست را با z_2 نمایش دهند ؛ ارتفاع مانومتری از رابطه (1-4) به دست می آید.
(1-4) H_man=z_2+z_1+h_⁰+h^,+h^(,,)+ . . .
اگر در رابطه (1-4) تمام انرژی های هدر رفته یعنی h_⁰ , h^,,h^(,,) و . . . را با ∑▒h نشان دهند , نتیجه می شود:
(1-5) +∑▒h z_2 〖-z〗_1 = H_man
-ارتفاع مانومتری H_man
1-4-2)- بازده یا راندمان پمپ های دورانی (ɳ_p ) :
بازده پمپ با توجه به تلفات انرژی که در پمپ رخ می دهد , از حاصلضرب سه قسمت گوناگون به دست می آید:
الف) بازده هیدرولیکی( ɳ_h )- یعنی نسبت بین ارتفاع به دست آمده به ارتفاع تئوریکی که پمپ دریافت می کند.تلفات این قسمت ناشی از جریان های گردابی و سایش های ذرات آب با جدار پمپ و برخورد ذرات به همدیگر می باشد.
ب) بازده حجمی ( ɳ_v )- یعنی نسبت بین دبی آبی که پمپ بیرون می دهد به دبی که وارد پمپ می گردد.تلفات آب در این قسمت شامل نشت آب هایی است که بر اثر آب بندی نبودن احتمالی پمپ از درز ها و شیار های آن به بیرون نشت می کند.
ج)بازده مکانیکی ( ɳ_m )- یعنی نسبت بین قدرتی که از سوی پره های پمپ به آب وارد می آید به قدرتی که به پمپ داده می شود.تلفات این قسمت ناشی از سایش در یاتاقان ها , کاسه نمد ها و قسمت های مکانیکی می باشد.
با توجه به تلفات و بازده های نامبرده , بازده کلی پمپ از رابطه (1-6) به دست می آید :
(1-6) ( ɳ_m ). ( ɳ_v ) . ( ɳ_h ) = ( ɳ_p )
بازده پمپ ها بسته به شکل ساختمان درونی و نوع پره ها متفاوت است.بر خلاف پمپ های پیستونی , بازده پمپ های دورانی برابر ثابت نیست.لذا همچنان که پیش از این اشاره شد در انتخاب پمپ باید کوشش شود که به ازای دبی مورد نظر , بازده پمپ نیز ماکریمم و یا نزدیک به آن باشد.بازده پمپ های دورانی بین 50% تا 90% تغییر می کند که به طور متوسط حدود 70% می باشد.
(1-4-3)- نقطه کار :
همچنان که پیش از این به آن اشاره شد , ارتفاع مانومتری یک پمپ باید صرف تامین اختلاف ارتفاع سطح آب در منبع بالا دست و پایین دست آن پمپ و نیز تامین تمام افت فشار های ایجاد شده در لوله ای گردد که آب مورد نظر را به ارتفاع نامبرده می رساند.افت فشار های مذبور نیز خود تابعی درجه دوم و لگاریتمی از دبی آب در لوله یا پمپ می باشد.
لذا اگر مانند در محور های مختصات دبی جریان و ارتفاع مانومتری منحنی تغییرات افت فشار را نیز بکشیم , محل تقاطع این منحنی که به نام منحنی مشخصه لوله یا سیستم هدایت آب نامیده می شود با منحنی مشخصه پمپ , نقطه ای است به نام نقطه کار (A).
این نقطه نشان دهنده مقدار آبی است که می توان با پمپ و لوله مورد نظر به ارتفاع (H) رسانید.
10
(1-5)- موتور های محرک پمپ ها :
حرکت پمپ ها غالباً با کمک میله فولادی که محور پمپ را به محور موتور متصل می سازد انجام می پذیرد.گاهی نیز این انتقال حرکت دورانی با کمک تسمه انجام می گیرد.موتور هایی که برای حرکت دادن پمپ ها به کار می روند , اکثراً برقی هستند و در نقاطی که دسترسی به برق نباشد , از موتور های دیزلی استفاده می کنند و خیلی به ندرت از ماشین بخار نیز استفاده می گردد.
الف) موتور های برقی- موتور های برقی بسته به ساختمان آنها می توانند با جریان یک طرفه و یا با جریان متناوب کار کنند.شدت جریان برقی که موتور های برقی در لحظه شروع به کار نیاز دارند , 4 تا 6 برابر زمان کار معمولی و شدت جریان نامی آنها می رسد.یعنی در موقع راه افتادن بار زیاد تری از شبکه می گیرند.در موتور های کوچکتر از 3 کیلو وات , این شوک الکتریکی برای شبکه توزیع برق تحمل پذیر است , ولی در موتور های بزرگتر برای جلوگیری از این پدیده باید پیش بینی لازم به عمل آید.کاربرد اتصال ستاره ای در شروع کار و تعویض آن پس از چند ثانیه به اتصال مثاثی و یا استفاده از ترانسفورماتورهای مخصوص , راه حل هایی هستند که برای جلوگیری و کاستن اثر شوک نامبرده به کار می روند.
سرعت دورانی سنکرون الکتروموتورها بر حسب دور در دقیقه از رابطه (1-7) به دست می آید :
(1-7) n =(f ×60)/P
در رابطه (1-7) پارامتر f فرکانس جریان متناوب (در ایران 50 می باشد) و P تعداد جفت قطب های الکتریکی پیش بینی شده در موتور می باشد.در صورتیکه موتور تنها دو قطب داشته باشد, سرعت دورانی آن 3000 دور در دقیقه می گردد که پس از بار گذاری روی موتور و بسته به مقدار آن سرعت نامبرده 2 تا 10 در صد کاهش می یابد.بازده الکتروموتورها اگر تسمه وسیله انتقال نیرو از موتور به پمپ باشد , حدود 80 تا 90 درصد و اگر با محور فولادی و جعبه دنده پر از روغن کار کنند , حدود 80 تا 95 درصد می باشد.
ب) موتور های دیزلی- این موتور ها یا ممکن است مستقیماً به پمپ متصل گردند و یا قبلاً ژنراتوری را به حرکت درآورده و با برق به دست آمده , نخست الکتروموتور و سپس پمپ را به حرکت در آورند.موتورهای دیزلی را معمولاً با سرعت های 500 تا 1500 دور در دقیقه می سازند و وقتی مورد استفاده قرار می گیرند که برق در دسترس نباشد.در محل هایی که برق وجود دارد ولی احتمال خاموشی و قطع برق زیاد می باشد , از این پمپ ها به عنوان رزرو و برای مواقعی که برق شبکه قطع می شود , استفاده می کنند.بازده این موتور ها به 75 تا 90 درصد می رسدو
ج) محاسبه قدرت موتورها- برای محاسبه قدرت موتور ها باید بازده موتور( ɳ_m ) و بازده پمپ ( ɳ_p ) , هر دو در نظر گرفته شوند.در این صورت قدرت موتور ها از رابطه (1-8) به دست می آید:
(1-8) N =(γ . Q . H_man)/(ɳ_m . ɳ_p . 75 )
(1-6)- بررسی ضربه قوچ در پمپ های دورانی :
هدف از این گفتار تنها بررسی حالت ویژه ای از ضربه قوچ است که در پمپ های آبرسانی بر اثر قطع جریان برق و خاموشی های ناگهانی پیش می آید.بحث و مطالعه تئوریکی ضربه قوچ و حالت های گوناگون آن به کتاب های کلاسیک هیدرولیک واگذار می گردد.
الف) شناسایی- در موقع خاموش کردن موتور های برقی در پمپ های دورانی و یا خاموشی های پیش بینی نشده ناشی از قطع جریان برق شبکه شهری , نیروی دوران دهنده پره های پمپ ناگهان از بین می رود , ولی به علت ادامه جریان آب در پمپ و انرژی سینتیک آن حالت فشار و مکش در لوله ها تغییر کرده و مدت زمانی کوتاه پمپ مانند توربین آبی به کار خود ادامه می دهد.در پمپ های آبرسانی معمولاً جرم آبی که در لحظه قطع جریان برق به پمپ فشار می آورد ناچیز و جرم آبی که از آن دور گردیده و در پمپ ایجاد مکش می کند بسیار زیاد می باشد و نیز به علت سایش های درونی پمپ و موتور کاهش فشار چشمگیری در پشت پمپ یعنی برابر در لوله (〖 z〗_0 z_2 ) پدید می آید.این کاهش در صورتیکه زیاد باشد , سبب تبخیر آب و قطع جریان آن در لوله پشت سر پمپ می گردد.کاهش فشار نامبرده در امتداد لوله به صورت یک موج با سرعت حرکت کرده تا به مخزنی که آب به آن پمپ می گردد برسد.این موج در مخزن نامبرده منعکس گشته و به صورت موج افزایش فشار درباره به سوی پمپ بر می گردد و به آن ضربه ای می زند.معمولاً در پمپ های آبرسانی برای جلوگیری از برگشت آب به درون پمپ مانند شیر یکطرفه ای پس از پمپ کار می گذارند که با بسته شدن خود به خودی مانع از برخورد ضربه نامبرده با پره های پمپ می گردد.لذا تنها ممکن است لوله پس از پمپ در اثر ضربه قوچ زیان ببیند.افت فشار بر روی نوسان های فشار نامبرده تاثیر کرده , به تدریج آن را مستهلک نموده و دستگاه به حالت تعادل در می آید.پدیده ضربه قوچ در موقع روشن کردن پمپ نیز رخ می دهد , ولی معمولاً خطر ناشی از آن کمتر از خطری است که در موقع خاموش شدن پمپ به وجود می آید.
ب) محاسبه ضربه قوچ در پمپ های دورانی- هر تغییر سرعتی در لوله مانند vΔ بنابر رابطه یاکوفسکی یعنی رابطه (1-9) تغییر فشاری برابر HΔ ایجاد می کند:
(1-9) vΔ ∙ a/g H = Δ
در رابطه (1-9) مقدار a برابر سرعت حرکت موج فشار در لوله و g شتاب ثقل زمین می باشد.مقدار a از رابطه (1-10)که به نام رابطه آلیوی معروف است به دست می آید که در آن γ وزن مخصوص آب بر حسب کیلو گرم وزن بر متر مکعب و d قطر و s ضخامت دیواره لوله بر حسب متر و E_w مدول الاستیسیته آب و برابر 2.07 × 〖10〗^8 کیلوگرم بر متر مربع و E_p مدول الاستیسیته لوله می باشد.مقدار E_p برای لوله های فولادی برابر 2 ×〖10〗^10, برای لوله های چدنی 〖10〗^10 , برای لوله های آزبست 2.5 × 〖10〗^9 و برای لوله های بتنی〖10〗^9 تا 3 ×〖 10〗^9 کیلوگرم بر متر مربع می باشد.
(1-10) a = √(g/γ)/√(1/( E_w )+ 1/E_p ∙ d/s)
با توجه به عدد های نامبرده و رابطه شماره (1-9) , مقدار HΔ حدود 80 تا 150 برابر سرعت جریان آب در لوله می باشد. اگر l طول لوله بین پمپ در ارتفاع 〖 z〗_0و مخزن در ارتفاع z_2 باشد , مدت زمان T_r که موج فشار به مخزن نامبرده رسیده و برمی گردد از رابطه (1-11) به دست می آید:
(1-11) = 2l/a T_r
در صورتیکه افت فشار در لوله ناچیز فرض شود و مدت زمان قطع جریان برق تا ایستادن پره های پمپ یعنی T_s برابر یا کوچکتر ازT_r باشد , ضربه قوچ به مقدار ماکزیمم خود و برابر رابطه (1-9) بر پمپ وارد می آید.در این صورت Δv برابر سرعت آب در لوله در موقع کار کردن پمپ می باشد. در پمپ های آبرسانی که طول lنسبتاً زیاد می باشد, مدت زمان T_s همیشه کوچکتر از T_r می گردد.
همانگونه که پیش از این اشاره شد در موقع خاموش شدن و از کار افتادن پمپ کاهش فشار چشم گیری در پشت سر پمپ به وجود می آید.در صورتیکه این فشار در هوای سرد از 6 تا 7 متر ارتفاع آب کمتر نگردد, آب تبخیر گشته و پدیده کاویتاسیون رخ می دهد.مقدار فشار منفی نامبرده در صورتیکه مدت زمان T_s کوچکتر و یا مساوی T_r باشد , برابر از رابطه (1-12) به دست می آید.
(1-12) H_min=(z_2- z_0 )- a/g Δv
برای محاسبه مقدار ماکزیمم فشار ناشی از برگشت موج فشار به سوی پمپ , اگر افت فشار ها در لوله نسبتاً زیاد باشند باید مقدار آنها مورد توجه قرار گیرد.لذا فشار ماکزیممی که در لحطه برگشت موج فشار به پمپ وارد می آید از رابطه (1-13) به دست می آید.
(1-13) - 2∑▒h a/g Δv + (z_2- z_0 ) H_max=
در رابطه (1-13) مقدار (z_2- z_0 ) , فشار ثابت استاتیکی و∑▒〖h 〗 مجموع افت فشارهای خطی و افت فشارهای موضعی در لوله پس از پمپ می باشند
ج) روشهای جلوگیری از اثر ضربه قوچ- برای کاهش اثر ضربه قوچ , روش های گوناگونی متداول است که در هر مورد
مهندس طراح با توجه به جنبه های اقتصادی و فنی باید در انتخاب آنها توجه شایانی به کار برد.برای کاهش ΔHباید کوشش شود تا در رابطه های (1-9) و (1-11) مقدار Δv, aو T_r کاهش و T_s افزایش یابند.برای رسیدن به این هدف باید یکی از روش های زیر را به کار برد:
نخست- ساده ترین روش کاهش اثر ضربه قوچ که همیشه باید جنبه اقتصادی کاربرد آن را به دقت بررسی نمود , این است که با افزایش قطر لوله از سرعت جریان پس از پمپ کاست.
دوم- با افزایش مدت زمان ایستادن پمپ یعنی T_s تغییر Δv را در مدت T_r کاهش داد.این کار معمولاً توسط قرار دادن چرخ لنگر در محور پمپ انجام می گیرد.این چرخ که باید جرم آن محاسبه گردد سبب می شود که پمپ مدتی تاچند برابرT_r به دوران خود ادامه دهد.این روش برای پمپ هایی که کار آنها طبق برنامه ای خودکار همراه با خاموش و روشن شدن های فراوان می باشند ,مناسب نیست.
سوم- با قرار دادن شیر های الکتریکی پشت پمپ مدت زمان باز و بسته کردن شیر را به دلخواه تنظیم نموده تا پیش از روشن و خاموش کردن پمپ از شیر استفاده شود.در این صورت مدت زمان باز و بسته شدن شیر به جای مدت زمان T_s موثر واقع می گردد.این روش در مواقعی که قطع جریان برق پیش بینی نشده باشد موثر نیست.
چهارم- با کمک خفه کننده هایی مانند مخازن های فشرده و برج تعادل مانع از کاهش آنی سرعت جریان در لوله می گردند.این خفه کننده ها در موقع کاهش فشار مقداری آب به درون لوله اصلی وارد می سازند و در موقع افزایش مقداری از آب لوله را در خود ذخیره می کنند.
پنجم- در حالتی که ارتفاع استاتیکی (z_2- z_0 ) کم و طول لوله اصلی زیاد باشد , می توان با کمک دو لوله فرعی , لوله اصلی z_0تا z_2 را به منبع برداشت آب در ارتفاع z_1 وصل نمود.یکی از دو لوله فرعی که به شیر یکطرفه ای مجهز است , در موقع نقصان فشار در لوله اصلی , آب مورد لزوم را به لوله نامبرده می رساند و مانع از کاهش فشار می شود و لوله دیگری که با یک شیر تنظیم کننده فشار مجهز است , در مواقعی که افزایش فشار در لوله اصلی نامبرده از حدی بیشتر شد , شیر نامبرده باز شده ومقداری آب دوباره به منبع مورد برداشت در ارتفاع z_1 برگشته و سبب جلوگیری از افزایش فشار در لوله اصلی می گردد.
ششم- برای کاستن a انتخاب نوع لوله و پارامترهای رابطه (1-10) موثرند.مثلاً وجود گازهای فراوان در آب سبب کاهش E_w و در نتیجه کاهش مقدار می گردد.
2. تاسیسات تصفیه آب شامل استخرهای ته نشینی , صافی ها , دستگاه های هوا رسانی و تاسیسات گندزدایی آب:
همواره باید تلاش در این راستا باشد که تا حد امکان از خالص ترین منابع آب برای شرب استفاده شود , حتی اگر این امر به
قیمت انتقال آب از مسیر های طولانی و رساندن آن به مصرف کننده یا تصفیه اندک و یا بدون تصفیه تمام شود.همچنین برای حفظ کیفیت آب مراقبت از منابع آب بسیار ضروری است.اما با این وجود همه منابع آب برای مطابقت با استاندارد های موجود جهت تامین آب آشامیدنی معمولاًنیازمند تصفیه اند.
فرایند هایی که برای تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند , بستگی به کیفیت آب منبع انتخاب شده اند.بیشتر آب های زیرزمینی صاف و عاری از عوامل بیماری زا و همچنین فاقد مقادیر قابل توجهی از مواد آلی هستند.این قبیل آب ها را می توان با استفاده از حداقل مقدار کلر برای جلوگیری از آلودگی شبکه های توزیع , در سیستم های آب آشامیدنی مورد استفاده قرار داد.اما ممکن است بعضی از آبهای زیرزمینی حاوی مقادیر زیادی جامدات محلول , گازها و یا مقادیر اضافی آهن , منگنز و یا حتی مواد آلی و میکروبی باشند که در این صورت به فرایند های تصفیه پیچیده نیاز می باشد.سیستم های تصفیه که معمولاً برای تهیه آب آشامیدنی از آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند
آبهای سطحی غالباً دارای تنوع بیشتری از آلاینده ها نسبت به آب های زیرزمینی هستند و به همین دلیل فرایند های تصفیه ممکن است برای این قبیل آب ها پیچیده تر باشد.بیشتر آب های سطحی دارای کدورتی بیش از مقدار تعیین شده توسط استانداردهای آب آشامیدنی می باشند.هرچند جریان های آبی که با سرعت زیاد در حرکت اند , ممکن است دارای مواد بزرگتر به حالت معلق باشند.اما بیشتر جامدات در اندازه های کلوئیدی بوده و برای جداسازی آنها استفاده از فرایندهای تصفیه مورد نیاز است.سیستم های تصفیه که به طور معمول برای آب های سطحی مورد استفاده قرار می گیرند
- فرآیند کلی از واحد های تصفیه آب های زیرزمینی دارای سختی
5 → 4 → 3 → 2 → 1 → آب خام
1: هوادهی 2: سختی گیری
3: فیلتراسیون 4:گندزدایی
5: ذخیره سازی
- فرآیندهای کلی از واحد تصفیه آب های سطحی
8 → 7 → 6 → 5 → 4 → 3 → 2 → 1 → آب خام
1: آشغالگیر 2: تصفیه شیمیایی مقدماتی
3: ته نشینی 4: انعقاد و لخته سازی
5: فیلتراسیون 6: جذب سطحی
7: گندزدایی 8: ذخیره سازی
فرآیندهای تصفیه آب های سطحی به ترتیب قرار گیری واحدها در تصفیه خانه آب به شرح ذیل عبارتند از :
1: آبگیر 2: آشغالگیر
3: تصفیه شیمیایی مقدماتی 4: ته نشینی مقدماتی
5: توری های آب های سطحی 6: هوادهی
7: انعقاد و لخته سازی 8: سختی گیری
9: فیلتراسیون 10: جذب
11: فلوئورزنی- فلوئورزدایی 12: تثبیت
13: گندزدایی 14: ذخیره سازی
با توجه با اینکه در کشور ما بیش از 80 در صد آب شرب اجتماعات شهری و روستایی از منابع آب زیرزمینی تامین می شود در این بخش به فرآیند های گندزدایی آب های زیرزمینی پرداخته و از ذکر جزئیات فرآیندهای تصفیه آب های سطحی صرف نظر می شود.(برای مطالعه بیشتر در مورد فرآیندهای تصفیه آب های سطحی به منابع رجوع شود)
(2-1)-گندزدایی:
فرآیندی که به منظور از بین بردن ارگانیسم های بیماری زای موجود در آب و یا غیر فعال نمودن آنها به کار برده می شود, گندزدایی آب نامیده می شود.فرایند گندزدایی که در تصفیه آب صورت می گیرد با فرآیند استریلیزاسیون تفاوت بسیار دارد, زیرا در فرایند استریلیزاسیون تمام میکروارگانیسم ها نظیر باکتری ها, آمیب ها, اسپورها و ویروس ها از بین می روند, در حالی که در عمل گندزدایی نه تنها همه میکروارگانیسم ها از بین نمی روند, بلکه حتی بعضی از عوامل بیماری زا در آب باقی می مانند که در اینجا می توان ویروس هپاتیت و پولیو را نام برد که در بعضی از فرایند های گندزدایی کاملاً غیرفعال نمی
16
شوند.مکانیسم از بین رفتن ارگانیسم های بیماری زا در عمل گندزدایی به شرح ذیل عبارتنداز:
1)نفوذ ماده گندزدا به داخل سلول باکتری
2)ترکیب با آنزیم های موجود در داخل سلول
گندزدایی آب ممکن است به روش های مختلف به شرح ذیل انجام پذیرد:
-گندزدایی حرارتی
-گندزدایی پرتوافکنی
-گندزدایی شیمیایی
معمولترین نوع گندزدایی آب استفاده از روش شیمیایی است.مواد شیمیایی که برای گندزدایی آب مورد استفاده قرار می گیرند, باید دارای شرایط زیر باشند:
-قادر به کشتن انواع میکروارگانیسم های بیماری زا باشند.
-ارزان قیمت و مقرون به صرفه باشند.
-کاربرد و جابجابب آنها آسان باشد.
-به آب خاصیت سمی ندهند.
-قادر به باقی ماندن در آب باشند تا آلودگی های ثانویه احتمالی را از بین ببرند.
بعضی از مواد شیمیایی مورد مصرف در تصفیه آب عبارتنداز:
ید , برم , ازن , یون نقره , پرمنگنات , کلر و ترکیبات آن.
با توجه به کاربرد بیشتر کلر در گندزدایی آب, از ذکر جزئیات سایر مواد و روش های گندزدایی صرف نظر کرده و به روش های گندزدایی آب توسط کلر و ترکیبات آن می پردازیم(برای مطالعه بیشتر در مورد سایر مواد و روش های گندزدایی به منابع رجوع شود).
(2-1-1)-کلر و ترکیبات آن:
کلر گازی است به رنگ سبز مایل به زرد که در فشار 3.5 اتمسفر به صورت مایع روغنی عقیقی رنگ در می آید.وزن مخصوص گاز کلر مایع 1.5 برابروزن مخصوص آب است.یک حجم گاز مایع در شرایط متعارفی 460 حجم گاز ایجاد می کند.که قابل انفجار و اشتعال نمی باشد ولی تنفس آن بسیار خطرناک است.گاز کلر را به وسیله شستشو در اسید سولفوریک خالص نموده و
17
در فشار 25 (psi) آن را به مایع و در سیلندرهای فولادی نگهداری می کنند.
استفاده از کلر جهت گندزدایی آب از ابتدای قرن بیستم آغاز شده است و به صورت گاز و یا پودر(هیپوکلریت کلسیم) مورد استفاده قرار می گیرد.
(2-2)-روش های کلرزنی:
ابتدا قبل از کلرزنی آب مورد نظر باید میزان کلرخواهی آب تعیین شود.اما به طور معمول میزان کاربرد کلر در تصفیه آب به طور کلی 3 تا 5 گرم کلر خالص به ازای هر متر مکعب آب است(ترکیبات کلر درجه خلوص متفاوتی دارند, بنابراین باید در محاسبات آن را نیز منظور نمود).
برای کلرزنی آب چاه در مناطق روستایی می توان از روش کوزه گذاری استفاده نمود.بدین ترتیب یک کوزه سفالی بدون لعاب را با ظرفیت 12 تا 15 لیتر انتخاب می نمایند, دو سوراخ به قطر 0.6 سانتی متر در دو طرف کوزه نزدیک وسط آن ایجاد می نمایند.750 گرم پودر هیپوکلریت کلسیم و 3 کیلوگرم ماسه(قطر ماسه ها حدود 2 تا 3 میلی متر ) را با هم مخلوط نموده,داخل کوزه می ریزند.سپس درب کوزه را با یک ورقه پلاستیکی محکم بسته و کوزه را به صورت قائم داخل چاه فرو برده و حدود 10 سانتی متر پایین تر از سطح آب, توسط ریسمانی که به گردن کوزه بسته شده است, به دیواره چاه توسط میخی محکم می نمایند.بعد از حدود یک ساعت آب گندزدایی و قابل مصرف می باشد.پس از اتمام کلر, کوزه را باید خارج و عمل فوق را تکرار نمود.از طریق کلرسنجی مستمر آب می توان به اتمام کلر موجود در داخل کوزه پی برد.
برای گندزدایی آب قنات می توان از طریق کوزه گذاری عمل نمود.محل نصب کوزه در قنات(داخل مجرای قنات) بایستی در فاصله ای از مظهر قنات قرار گیرد تا حداقل بعد از 20 دقیقه اب گندزدایی شده از مظهر قنات خارج شود.نحوه نصب کوزه در مجرای قنات بایستی با زاویه حدود 45 درجه نیبت به افق قرار گیرد و درب کوزه در جهت مخالف جریان آب قرار گیرد.
امروزه برای گندزدایی آب در اجتماعات کوچک از روش کوزه گذاری استفاده چندانی نمی شود.بلکه سعی بر آن است که ابتدا آب چاه, چشمه و غیره را به مخازن آب (زمینی- هوایی) هدایت نموده و در آنجا عملیات کلرزنی انجام شود.برای گندزدایی مخازن آب و شبکه های توزیع معمولاً به روش های زیر عمل می شود:
(2-2-1)- روش دستی:
بعد از تعیین کلر مورد نیاز آب, حجم مخزن را بر حسب متر مکعب محاسبه نموده, سپس مقدار کلر لازم را به مخزن می افزایند.بهتر است مقدار کلری را که بایستی به مخزن اضافه شود, ابتدا در یک ظرف چند لیتری به صورت محلول در آورده و پس از حذف ناخالصی های آن از طریق صافی به آب تزریق گردد و با وسایل دستی مکانیکی, کلر اضافه شده با آب مخلوط و بعد از حداقل 20 دقیقه مصرف گردد.
برای محاسبه ابعاد مخزن به روش زیر می توان عمل نمود:
الف)اگر مخزن مکعب مستطیل باشد: V = L .W.h
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:L طول مخزن بر حسب متر
:W عرض مخزن بر حسب متر
:h عمق مخزن بر حسب متر
ب)اگر مخزن به صورت استوانه ای باشد: h × V = 〖πd〗^2/4
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
π :3.14
:d قطر مخزن بر حسب متر
:h عمق مخزن بر حسب متر
برای تعیین مقدار کلر لازم جهت گندزدایی آب بایستی درصد خلوص هیپوکلریت کلسیم(70%) مد نظر قرار گیرد.
(2-2-2)- دستگاه هیپوکلریناتور قطره ای:
از سیستم کلرزنی قطره ای در تمام روستاها و مجتمع های مسکونی و کارخانجاتی که منابع آنها دور از محل مصرف و فاقد برق است و یا در نقاطی که امکان استفاده از سیستم های پیچیده تصفیه وجود ندارد, مورد استفاده قرار می گیرد.از این روش بیشتر در پروژه هایی که از مخازن آب زمینی استفاده می شود, مورد بهره بردای قرار می گیرد.بدین طریق که بر روی مخزن ذخیره آب اتاقکی به ابعاد تقریبی 2.30×1.5×2 متر ساخته می شود.در داخل این اتاقک یک بشکه پلاستیکی با ظرفیت 500 لیتری مجهز به شیرفلکه جاسازی می شود و به وسیله شیلنگ تزریق مایع کلر, محلول کلر ساخته شده از درون بشکه به محل ورود آب به مخزن به طور همزمان تزریق می شود, به طوری که با توجه به دبی پمپ چاه(دبی ورودی به مخزن) از طریق شیر فلکه میزان کلر ورودی به مخزن تنظیم می شود و به محض اینکه پمپ چاه وارد مدار گردد, کلرزنی شروع و چنانچه پمپ از مدار خارج گردد, کلرزنی قطع می گردد.البته این روش با ایجاد تغییرات در آن و نصب همزن دستی و مخزن ثانویه همراه است.
برای تهیه محلول کلر در داخل بشکه 500 لیتری معمولاً از کلر 1% استفاده می شود.لذا با توجه به گنجایش بشکه خواهیم داشت:
مقدارکلر 70%لازم500 × 10 gr = 5000/1000 = 5 kg
یعنی به ازای هر لیتر آب 10 گرم کلر 70% ریخته ایم و لیکن کلر موثر جهت گندزدایی آن به ازای هر لیتر 7 گرم است.با توجه به دبی آب ورودی به مخزن ذخیره آب, شیر تنظیم خروجی محلول کلر لازم را بر حسب سی سی در دقیقه تنظیم می نماییم.و یا می توان از سیستم شبکه توزیع آب به طور دائم کلرسنجی نمود تا میزان کلر باقی مانده از شیر برداشت آب بین ppm 0.2 – 0.8 باشد, آنگاه شیر تنظیم را ثابت می نماییم.
(2-2-2-1)- نصب و راهبری هیپوکلریناتور قطره ای :
- شاسی را تراز کرده و مخزن ثانویه را در محل خود نصب نمایید(مخزن ثانویه جهت تهیه محلول کلر صاف تعبیه می گردد).
- پیچ تخلیه و سایر اتصالات را کنترل کنید.
- همزن دستی را توسط پیچ های تنظیم تراز نمایید.
- پیچ تخلیه مستقر در کف مخزن محلول کلر را بایستی هر چند روز یک بار باز نموده و رسوبات حاصله را خارج نمود.
- هر ماه یک بار کلیه اتصالات را باز و با محلول رقیق اسید کلریدریک شستشو و سپس در جای خود قرار دهید.
(2-2-3)- دستگاه هیپوکلریناتور برقی:
در اجتماعاتی که دارای سیستم برق رسانی و یا مخازن ذخیره آب از نوع هوایی می باشند, می توان از دستگاه هیپوکلریناتور برقی استفاده نمود.فرق عمده هیپوکلریناتور برقی با قطره ای در این است که محلول کلر توسط پمپ از مخزن کلر خارج و به مخزن تزریق می شود.هزینه نصب و راه اندازی و راهبری آن بیشتر از نوع قطره ای است.
(2-2-4)- دستگاه کلریناتور گازی:
از این دستگاه ها بیشتر برای جمعیت های بالا استفاده می شود و به دو روش زیر عمل می شود:
الف)گاز کلر مستقیماً به منبع آب تزریق می شود.این روش کمی گران بوده و رضایت بخش نمی باشد, زیرا دیفیوز(پخش کردن) کلر در آب کم است.هم چنین در درجه حرارت پایین(زیر 10 درجه سانتی گراد) هیدرات های کریستالین گاز کلر تشکیل می شود.بنابراین وقتی کلر مستقیماً از طریق خطوط لوله کشی وارد آب شود, با افت درجه حرارت در لوله انسداد پدید می آید.
ب)گاز کلر ابتدا به صورت محلول در آمده و سپس به نقطه مورد نظر تزریق می گردد.گاز کلر معمولاً در سیلندرهای با وزن های مختلف در بازار موجود است.تقریباً 85% حجم این سیلندرها را کلر مایع و 15% بقیه را گاز کلر پر کرده است.اغلب سیلندهایی که طراحی می شوند, می توانند فشار psi 480 را تحمل نمایند.
هنگام کار با سیلندر های کلر و کلرزنی بایستی به نکات ایمنی زیر توجه داشت:
- گاز کلر سمی, خورنده و از هوا سنگین تر است, لذا بایستی تهویه مناسبی در ساختمان تعبیه گردد(فن را معمولاً در پایین ساختمان قرار میدهند).
- محل استقرار سیلندهای کلر باید به خوبی تهویه گردد و حرارت آن نبایستی پایین تر از حرارت محیط بوده و در زمستان نباید به کمتر از 10 درجه سانتی گراد برسد, زیرا امکان یخ زدن کلر در لوله های انتقال آن وجود دارد.
- برای انتقال کلر مایع یا گاز کلر بایستی از لوله های فولادی استفاده شود.
- فاصله مجاز سیلندرها از یکدیگر نباید از 1.2 متر کمتر باشد, تا بتوان به راحتی شیرهای مربوطه را باز و بسته نمود.
- سیلندرهای کلر نبایستی در معرض تابش مستقیم نور خورشیدقرار گیرند.همچنین از حرارت دادن مستقیم سیلندرها باید جداً خودداری شود.
- اتاق های تجهیزات کلریناتور و ذخیره کلر باید از سایر قسمت های تصفیه خانه یا سایر تاسیسات دیگر مجزا باشند و تنها از درب خروجی قابل دسترسی باشند.
- وسایل کنترل تهویه و ماسک های گاز باید در محل ورودی اتاق قرار گرفته باشند.
- میزان ذخیره تنها باید برای مصرف 30 روز کافی باشد.
- اگر به جای کاربرد سیلندرهای کوچک از سیلند های بزرگ محتوی 500 تا 1000 کیلوگرم استفاده می شود, بایستی حمل و نقل آنها با جرثقیل انجام گیرد.
- برای نشت یابی گاز کلر از اتصالات و لوله ها می توان ار آمونیاک 5% استفاده نمود(تماس آمونیک با گاز کلر تولید دود سفید رنگ می کند).
- مقدار کلر مورد نیاز بعد از محاسبه باید طوری تزریق گردد که در آب گندزدایی شده, همواره کلر آزاد باقی مانده 0.2-0.8 ppm موجود باشد.
گاز کلر را با دستگاه هایی, به آب تزریق می کنند.
1- مخزن گاز کلر
2- دستگاه کلر سنج
3- دستگاه مکنده کلر
4- مجرای انتقال آب کلر دار
5- مبدل جریان برق
6- سیم رابط
7- مرکز توزیع برق
8- مجرای انتقال آب تحت فشار
9- سیم رابط
10- مجرای انتقال آب برای گندزدایی کردن
11- شیر فلکه خورکار کنترل جریان آب
12- مجرای انتقال آب گندزدایی شده
3.تاسیسات ذخیره آب و ایجاد فشار در شبکه نظیر مخازن همسطح زمین , مخازن بلند و بالاخره مخازن هوایی (برج های آب):
مقدار مصرفهای آب تحت تاثیر یک رشته نوسان هایی قرار می گیرند که مهمترین آنها عبارتند از نوسانهای سالیانه , نوسانهای روزانه و نوسانهای ساعتی واز سوی دیگر آبدهی منبع های طبیعی تهیه آب نیز به علت تغییرات فصلی و سالیانه در مقدار بارندگی نوسانهایی به همراه دارند.
برای مطابقت دادن مقدار مصرف آب با مقدار آب موجود در طبیعت همیشه نیاز به تاسیساتی به نام مخازن ذخیره آب هست که بتواند در زمان های پرآبی و یا کم آبی مصرف آب را در خود ذخیره نموده و در زمان کم آبی ویا زیادی مصرف آنرا در اختیار مصرف کنندگان بگذارد.
23
مخازن ذخیره ایکه در این بخش مورد بررسی قرار می گیرند , برای تامین نوسان های ساعتی و روزانه مصرف آب شهر و روستا به کار می روند.این مخازن غالباً علاوه بر جبران نوسان های مصرف شهر و روستا , کار تامین فشار لازم در شبکه را نیز انجام می دهند.لذا این نوع مخازن به نام مخازن بلند نامیده می شوند.
برای ذخیره آب و تامین فشار در شهرک ها و یا در ساختمان های بلند , گاهی از مخازن زیر فشار نیز استفاده می شود که مستقیماً توسط پمپی فشار درون آن در حد معینی ثابت نگهداری می شود.
انواع مخازن ذخیره آب:
3-1) : مخازن زمینی همتراز با ناحیه مصرف کننده آب :
این مخازن فقط برای ذخیره آب به کار می روند.در مقاس کوچک می توان آب انبار های قدیمی را و در مقیاس بزرگ مخازن آب شهرها جزو این گروه دانست.برای آبرسانی باید آب را از این مخازن به یک مخزن بلند فرستاد و یا در شهر های بسیار کوچک و روستاها توسط پمپ و مخزن زیر فشار , فشار آب را در شهرک تامین نمود.لذا ساختمان این مخازن به ندرت پیش می آید.حجم این مخازن بسته به شدت نوسان آبدهی منبع طبیعی تهیه آب و نوسان مصرف در شهر و روستا تعیین می گردند.
3-2) مخازن بلند :
مخازن بلند علاوه بر ذخیره آب فشار لازم در شبکه را نیز تامین می کنند.برای تامین ارتفاع لازم در این مخازن یا از بلندی ها و تپه ماهورهای اطراف شهر و روستا استفاده می گردد(مخازن زمینی بلند) و یا باکمک پایه های فلزی و بتن آرمه مخزن را در ارتفاع لازم می سازند(مخازن هوایی یا برج های آب).
محل مخازن : از نقطه نظر سیستم کار و موقعیت مخازن نسبت به شهر و روستا چند حالت ممکن است رخ دهد:
حالت نخست : محل تهیه آب یا تصفیه خانه و محل مناسب برای ایجاد مخزن در یک سوی شهر باشند.در این صورت آب از یک سو وارد مخزن شده و از سوی دیگر به سمت شهر و محل پخش آب جریان می یابد.در این حالت لوله برداشت و لوله تغذیه جدا از هم می باشند.
حالت دوم : محل تهیه آب در یک سوی شهر و محل مناسب برای ایجاد مخزن مثلاً بلندی های طبیعی که در طرف دیگر شهر قرار دارند ؛ باشد. در این صورت باید آب از درون شهر به سوی مخزن جریان یابد. یعنی در مواقی که مصرف آب در شهر کم است , آب اضافی از درون لوله های شهر به سمت مخزن جریان می یابد و در مواقعی که مصرف آب بیش از مقدار تهیه شده می باشد(حدود ظهر ها),جریان آب از هر دو سو وارد شهر می گردد.لذا لوله تغذیه و برداشت آب در مخزن در این حالت یکی بوده و جهت جریان آب در آن در ساعت های گوناگون شبانه روز تغییر می کند.
حالت سوم : موقعیت مخازن هوایی در صورتیکه شهر شیب چندانی نداشته باشد , از نظر تعادل در افت فشار ها و کم شدن
بلندی مخزن , مناسب تریت محل برای احداث آن وسط شهر می باشد.البته باید توجه داشت که انتخاب محل مخازن هوایی در وسط شهر اکثر اوقات از نظر شهر سازی و زیبایی شهر خوشایند نیست.
ارتفاع مخازن : ارتفاع مخازن باید به انداره باشد که در شبکه لوله کشی شهر و در برابر تمام خانه ها حداقل فشار لازم را برای مصرف کننده تامین نماید.این حداقل فشار در جدول زیر (جدول شماره 1) با توجه به بلندی ساختمان های موجود در شهر تعیین می شود.لذا هر چه فاصله مخزن تا آخرین مصرف کننده بیشتر و قطر لوله ها کمتر انتخاب گردند به علت بیشتر شدن افت فشار در مسیر جریان آب , باید ارتفاع مخزن بیشتر در نظر گرفته شود.
تعدادطبقه های ساختمان 1 2 3 4 5
ارتفاع ساختمان به متر 5 8 11 14 17
حداقل فشار مناسب بر حسب متر ارتفاع آب 24 28 32 36 40
3-2-1)- مخازن زمینی بلند:
این مخازن در روی تپه های پیرامون و یا درون شهر ساخته می شوند. برای ایمنی بیشتر در برابر گرما و سرما و عوامل دیگر کوشش می شود که با خاک برداری از زمین این مخازن درون زمین ساخته شوند و گاهی نیز برای ایمنی های نظامی در بابر حمله های هوایی و یا نگهداری زیبایی طبیعت این مخازن را در دل تپه ها و کوه ها می سازند.
الف) حجم و ابعاد مخازن زمینی بلند: حجم مخازن زمینی بلند را به علت ارزانی نسبی ساختمان آنها و برای تامین بیشتر در برابر نارسایی هایی مانند از کار افتادن پمپ و یا نوسان های پیش بینی نشده مربوط به رژیم تغذیه منبع , بیشتر از حداقل لازم برای تامین نوسان های مصرف شهر بر می گزینند.
حجم مخزن زمینی را بسته به بزرگی شهر حداقل 50 تا 100 درصد مصرف یک شبانه روز شهر انتخاب می کنند.در مقایسه با مخازن هوایی (برج های آب ) و بر خلاف آنها برای بیشتر کردن ایمنی شهر اضافه گرفتن حجم مخزن زمینی تا دو سه برابر مصرف شبانه روز نیز, تغییر چندانی در هزینه ساختمان آن ایجاد نمی کند.در تعیین حجم مخازن زمینی باید جمعیت 10 تا 25 سال آینده شهر مبنای محاسبه قرار گیرد و امکان گسترش آن را برای 50 سال آینده نیز پیش بینی نمود.همچنین بسته به بزرگی شهر باید حجم ذخیره ای برای آتش نشانی نیز پیش بینی نمود و بر حجم مخزن افزود. لذا مخازن زمینی با حجمی کمتر از 100 متر مکعب به ندرت ساخته می شوند. جدول زیر (جدول شماره 2) حداقل حجم مخازن زمینی و مقدار حجم ذخیره آتش نشانی را برابر استاندارد های کشور آلمان تعیین می نماید.
اضافه حجم لازم جهت آتش نشانی بر حسب متر مکعب حجم مخزن بر حسب درصد کل مصرف ماکزیمم روزانه جمعیت شهر به نفر
50 تا 200 100% کمتر از 2000
300 75% 3000 تا 5000
350 60% 5000 تا 10000
350 50% بیشتر از 10000
با توجه به (جدول شماره 2) حجم مخزن از رابطه( 3-1 ) به دست می آید :
V=a .Q^d max+V_f
که در رابطه بالا Q^d max ماکزیمم مصرف شبانه روزی شهر بر حسب متر مکعب و a درصدی است که از ستون دوم جدول شماره دو به دست می آید و V_f حجم رزروی است که برای آتش نشانی باید پیش بینی گردد.
ب)شکل مخازن زمینی بلند: با سطح زیر بنای ثابت, شکل دایره بزرگترین حجم را برای مخزن به وجود می آورد.لذا از دید اقتصادی بهتر است مخازن با حجم 300 تا 3000 متر مکعب را استوانه ای شکل بسازند.علاوه بر این از نظر مقاومت استاتیکی نیز شکل دایره ای اقتصادی تر می باشد. در مخازن کوچکتر از 300 متر مکعب به علت افزایش نسبی هزینه قالب بندی دایره ای شکل و در مخازن بزرگتر از 3000 متر مکعب به علت افزایش هزینه ساختمان سقف آنها, طرح مخازن مستطیل شکل ارزان تر می گردند.
نکته قابل توجه در طرح مخازن این است که در حجم های بزرگتر از 100 متر مکعب , باید حجم مذبور حداقل به دو قسمت تقسیم گردد تا بتوان در مواقع شستشو ویا تعمیر یک قسمت , از آب قسمت دیگر برای آبرسانی شهر استفاده نمود.
در مخازن استوانه ای ممکن است مخزن را به دو مخزن استوانه ای تو در تو تبدیل کرد که محور هر دو یکی بوده و حجم های برابری را بسازند.
عمق مخازن زمینی با توجه به حجم مخزن به دست آمده به شرح زیر تعیین مقدار می شود اگر :
- حجم مخزن تا 400 متر مکعب باشد عمق آن را 4- 5/2 انتخاب می کنند
- حجم مخزن 1500 – 400 متر مکعب باشد عمق آن را 5 – 4 متر رد نظر می گیرند.
- حجم مخزن بیشتر از 1500 متر مکعب باشد عمق آن را 5/6 – 5 متر در نظر می گیرند.
معمولاً نسبت طول به عرض را 2 به 1 انتخاب می نمایند.لذا خواهیم داشت:
A=V/h
: A سطح مخزن بر حسب متر مربع 2x . x = A
:Vحجم مخزن بر حسب متر مکعب x=√(A/2)
: h عمق مخزن بر حسب متر
2x : طول مخزن و x عرض مخزن می باشد.
ج)سیستم تغذیه و برداشت آب از مخازن زمینی بلند: در کنار مخازن زمینی پیش بینی اتاقک فرمان لازم می باشد.در این اتاقک شیر های مربوط به لوله های آبرسانی به مخزن , برداشت آب از مخزن در حالت معمولی و در حالت آتش نشانی و بالاخره شیر خالی کردن و شستشوی مخزن کار گذاشته می شوند.
- لوله های ورودی: موقعیت لوله های ورودی به مخزن و تعداد آنها با توجه به عدم ایجاد حجم راکد در مخزت تعیین می شود.بدین منظور لوله های ورودی و خروجی باید در دو قسمت مقابل و در دورترین فاصله نسبت به هم قرار گیرند.معمولاً ورود آب از بالا و خروج آن از کف انجام می شود.هر لوله ورودی به مخزن باید قبل از ورود مجهز به شیر قطع و وصل باشد و آن شیر در یک حوضچه مستقل قرار گیرد.در انتهای (خروجی) هر لوله ورودی یک شیر شناور نصب می شود تا جریان آب ورودی را در ارتفاع معینی قطع کند.
- لوله خروجی: این لوله در قسمت روبه روی لوله ورودی و در دورترین فاصله نسبت به آن قرار می گیرد.وضعیت لوله خروجی باید به گونه ای باشد که تخلیه حجم مفید مخزن را میسر سازد. برای جلوگیری از مکش هوا به داخل لوله خروجی , حداقل ارتفاع سطح آب از محور لوله خروجی نباید کمتر از دو برابر قطر لوله خروجی باشد.هر لوله خروجی بعد از مخزن باید مجهز به یک شیر قطع و وصل باشد و آن شیر در یک حوضچه مستقل قرار گیرد.به منظور جلوگیری از ورود رسوبات به داخل شبکه , دهانه خروجی باید به گونه ای قرار گیرد که فاصله لوله از کف کمتر از 15 سانتی متر نباشد.
- تجهیزات شستشوی مخزن:برای تخلیه کامل آب مخزن و شستشوی آن , مخزن باید مجهز به لوله تخلیه باشد. دهانه لوله تخلیه در حوضچه تخلیه قرار می گیرد.کف مخزن در حدود 1/100الی 1/500 به طرف حوضچه تخلیه شیب بندی می شود.هر لوله تخلیه باید در بیرون مخزن مجهز به شیر قطع و وصل باشد که این شیر معمولاً در حوضچه شیر لوله خروجی قرار می گیرد.
- تجهیزات سر ریز: سرریز برای کنترل حداکثر سطح آب در مواقع اضطراری به کار می رود و باید به گونه ای نصب شود که فاصله بین حداکثر سطح آب تا زیر سقف کمتر از 30 سانتی متر نباشد.قطر لوله سر ریز متناسب با جریان ورودی آب و معمولاً معادل لوله های ورودی و یا بیشتر از آنها در نظر گرفته می شود تا احتمال غرغاب شدن مخزن به وجود نیاید.در انتهای لوله سر ریز باید یک توری نصب شود تا از ورود اجسام و جانداران مزاحم به داخل مخزن جلوگیری به عمل آید.
- شیرآلات: در تاسیسات مخزن نصب چند شیر ضروری است که عبارتند از: شیر قطع و وصل پروانه ای روی هر لوله ورودی قبل از ورود به مخزن , شیر قطع و وصل پروانه ای روی هر لوله خروجی بیرون از مخزن , شیر قطع و وصل دروازه ای روی هر لوله تخلیه و بیرون از مخزن , شیر شنتور روی دهانه لوله ورودی مخزن.
- هواکش: برای تهویه داخل مخازن نصب تعدادی هواکش روی سقف هر مخزن ضروری است.شکل هواکش باید به گونه باشد که از ورود باران ,آلودگی ها وحشرات به داخل مخزن جلوگیری شود.بدین منظور شکل هواکش می تواند به صورت لوله با کلاهک مخروطی یا به صورت لوله سربرگردان مجهز به توری باشد.ارتفاع لوله هواکش از روی سطح بیرونی سقف مخزن باید به اندازه ای باشد که در مواقع بارش برف , انتهای دهانه هواکش در برف مدفون نشود.
- تجهیزات نشان دهنده سطح آب: جهت اطلاع از وضعیت سطح آب درون مخزن ,هر قسمت مخزن باید مجهز به نشان دهنده سطح آب باشد.این نشان دهنده ها می توانند به صورت مکانیکی با شناور مدرج یا الکترونیکی باشند
- زهکشی سقف و اطراف مخزن: سقف مخزن باید به نحوی زهکشی شود که آب روی سقف نگه داشته نشود.اطراف مخزن باید طوری شیب بندی و زهکشی شود که از ورود جریانات سطحی اطراف مخزن به شعاع 15 متری محوطه مخزن جلوگیری شود. در بسته به حجم مخزن , قطر وتعداد لوله های ورودی , قطر لوله سر ریز و تعداد هواکش با قطر 100 میلی متری مشخص شده است.
الف)حجم و ابعادمخازن هوایی :در انتخاب حجم مخازن هوایی بر خلاف مخازن زمینی بلند باید خیلی صرفه جویی کرد زیرا اضافه شدن حجم در این مخازن بر هزینه ساختمان آن بسیار می افزاید و حتی در حجم های بسیار زیاد ساختمان آنها را با اشکالات فنی و اقتصاذی زیادی مواجه می سازد.لذا ساختمان مخازن بیش از 1000 متر مکعب به ندرت طرح می گردند. معمولاًتا حجم های 300 متر مکعبی , مخازن را از جنس فلز و از 300 تا 1000 متر مکعب را از بتن می سازند و در حجم های بزرگتر از 200 متر مکعب انتخاب دو مخزن تو در تو لازم می باشد.
برای حجم های کوچکتر از 100 متر مکعب نیز طرح مخازن هوایی که بتواند آبرسانی شهرکی را تامین نماید , گاهی اقتصادی نیست.در این موارد می توان به جای مخازن هوایی کوچک از مخازن زیر فشار استفاده نمود.
هزینه ساختمان مخازن هوایی 3 تا 5 برابر مخازن زمینی هم حجم آنها می باشد. بدین جهت طرح مخازن هوایی تنها وقتی درست است که دسترسی به بلندی های طبیعی در نزدیکی شهر امکان پذیر نباشد.
در مخازن هوایی به علت های اقتصادی ذخیره آتش نشانی را حدود نصف اعداد جدول شماره دو و معمولاً 150 متر مکعب آب یعنی مصرف دو ساعت کار یک ماشین آتش تشانی انتخاب می کنند و لذا حجم کلی مخزن از رابطه به دست می آید.
حجم مخازن هوایی را به علت اینکه گسترش پذیر نیستند برای 25 تا 50 سال آینده شهر در نظر می گیرند.
ابعاد مخازن هوایی از طریق فرمول های زیر قابل محاسبه است.
- برای مخازن با حجم 100 تا 500 متر مکعبی از فرمول زیر استفاده می شود:
D = 5 + V/100
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:Dقطر مخزن بر حسب متر
- برای مخازن با حجم 500 تا 1000 متر مکعبی از فرمول زیر استفاده می شود D = 8+ V/250
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:Dقطر مخزن بر حسب متر
بعد از محاسبه قطر مخزن , ارتفاع آن را محاسبه می نماییم :
V = (πd^2 h)/4
h = (V . 4)/(πd^2 )
:V حجم مخزن
:d قطر مخزن
π: عدد پی (14/3)
:h ارتفاع مخزن (به ازای 2/0 متر فضای مرده برای کف مخزن و 3/0 متر فضای آزاد برای روی سطح آب )
ب)شکل مخازن هوایی : معمولاً این مخازن به صورت استوانه ای و کف آن یا به صورت نیم کره و یا مخروطی و گاهی مسطح طرح می گردند.در صورتیکه مخزن از دو قسمت تشکیل گردد , باید تقسیم بندی آن طوری باشد که در موقع خالی بودن یک قسمت و پر بودن قسمت دیگر بارگذاری روی پایه ها حالت تقارن خود را از دست ندهد.لذا بهتر است اینگونه مخازن را به صورت دو استوانه تو در تو طرح نمود.
اتاقک فرمان برای این مخازن در روی زمین و زیر برج (مخزن) پیش بینی می گردد.از نظر گرما و سرما باید این مخازن دو جداره ساخته شوند و در بین دو جدار موادعایق گرما در نظر گرفته شود.در مخازن فلزی در صورت امکان بهتر است بین دو دیواره بیرونی و درونی مخزن فضایی قابل راه رفتن قرار داد تا علاوه بر ایجاد عایق نامبرده آب های نشت شده از بدنه مخزن را نیز به لوله تخلیه هدایت کرده و در ضمن در مواقع تعمیر نیز قابل استفاده برای رفت و آمد کارگران باشد.برای برقراری جریان هوای تازه در مخزن لازم دریچه هایی در سقف آن پیش بینی نمود.سیستم لوله کشی مخازن هوایی نظیر مخازن زمینی بلند می باشد.
ج)سیستم تغذیه و برداشت آب از مخازن پایه دار : در مخازن هوایی لوله های زیر بین مخزن و اتاقک فرمان قرار می گیرند:
- لوله ای برای تغذیه مخزن که آب را به 20 سانتی متر بالاتر ار سرریز (بلندترین سطح آب در مخزن) می رساند.
- لوله ای برای برداشت آب در حالت معمولی و لوله ای برای حالت آتش نشانی.این دو لوله به وسیله شیر الکتریکی از هم جدا می گردند و فرمان این شیر در اتاقک فرمان قرار دارد.سوپاپ لوله برداشت باید 20 سانتی متر بالاتر از کف مخزن قرار گیرد تا مواد ته نشین شده در مخزن به درون لوله آبرسانی شهر وارد نگردد.
- لوله های نامبرده را می توان به کمک یک شیر یک طرفه تبدیل به یک لوله نمود؛در این صورت در لوله نامبرده جهت حرکت آب در لحظه های گوناگون تغییر می کند.
- لوله ای برای سرریز و لوله ای برای خالی کردن و شستشوی مخزن لازم می باشد.مجرای شستشوی مخزن باید در پایین ترین نقطه کف مخزن قرار گیرد.
عایق کاری لوله های نامبرده در برابر یخبندان نباید فراموش گردد.گاهی از دید زیبایی و تامین عایق کاری ممکن است تمام لوله های بین مخزن و اتاقک فرمان با لوله ای حجیم تر پوشش دهند.
3-3) مخازن زیر فشار (مخازن آب با هوای فشرده) :
برای آبرسانی شهرک های کوچک که حجم مخزن هوایی خیلی کم می باشد , طرح برج آب اقتصادی نیست و نیز برای آبرسانی درون ساختمان هایی که فشار شبکه آبرسانی شهر نیازهای آنها را برآورده نمی کند , کاربرد مخازن بلند به علل اقتصادی و بهداشتی مناسب نیست.
استفاده مستقیم از پمپ برای آبرسانی نیز در حالت های نامبرده به علت خاموش و روشن شدن پی در پی آن و ایجاد ضربه قوچ در شبکه و نیز به علت تغییر فشار های ناخوشایند , برای مصرف کننده ایجادناراحتی می کند.
از نظر نوع سیستم توزیع و پخش آب شبکه لوله کشی بر3گونه طراحی می گردد:
الف-شبکه های شاخه ای: در این شبکه ها که برابر که مانند درخت هستند و ساده ترین نوع شبکه توزیع میباشد،جریان آب درآنها همیشه یک طرفه و از سوی شاخه بزرگتر به کوچکتر است ،محاسبات این نوع شبکه ها ساده اما عیب مهم آنها اینست که هنگام شکستن قطعه لوله ای همه بخش های بعد از آن بی آب میشوندو همچنین در انتهای شاخه ها ممکن است آب به علت کمی مصرف مدتی ساکن بماند که در تغییر مزه آن بی تاثیر نیست و نیز در این شبکه ها به علت یکسو بودن همیشگی جریان و کم بودن سرعت در شاخه های فرعی, امکان ته نشینی بیشتری وجود دارد.
ب- شبکه های حلقه ای:اگر انتهای شبکه شاخه ای را بهم وصل نماییم شبکه حلقه ای بدست می آید در این شبکه ها جریان آب درلوله ها بسته به جای مصرف تغییرجهت داده و هر ناحیه از دو یا چند جهت امکان آبرسانی دارد،این شبکه ها عیوب شبکه شاخه ای را ندارد ولی هزینه ساختمان انها بیشتر ومحاسبه آنها بعلت مشخص نبودن جهت جریان در لوله ها مشکل تر است.
الف)محدودیت سرعت- محدودیت سرعت از دو نقطه نظر مورد توجه می باشد:
نخست- ماکزیمم سرعت:سرعت نباید در لوله های شبکه های آبرسانی از حدودی بیشتر گردد, زیرا زیاد شدن سرعت از یک سو سبب افزایش افت فشار و در نتیجه گران شدن تاسیسات ایجاد فشار در شبکه(مخزن بلند و یا پمپ) می گردد و از سوی دیگر مقدار نیروی نامبرده در زانویی ها و سه راهی ها در اثر تغییر جهت سرعت, زیاد گشته و امکان شکسته شدن لوله به ویژه در محل اتصالات زیاد می گردد.همچنین به علت احتمال بسته شدن ناگهانی قسمتی از لوله در بقیه قسمنت های شبکه, سبب ایجاد ضربه قوچ شده و ممکن است سبب شکستن لوله ها در قسمت های دیگر شود.
در استاندارد های کشور آلمان محدودهای سرعت به صورت زیر می باشد:
ماکزیمم سرعت در لوله های با قطر کوچکتر از 500 میلیمتر در حالت معمولی 2 و در حالت موقتی آتش نشانی 2.5 متر بر ثانیه, و در لوله هایی با قطری برابر و یا بزرگتر از 500 میلیمتر حداکثر سرعت 1.5 متر بر ثانیه می باشد.
گزینش سرعت های بیش از این لازم می سازد که در نقاط ضعیف شبکه با ساختن بلوکه های بتنی نیروی ناشی از تغییر مقدار حرکت را خنثی کنند.البته برای شاه لوله ها به علت زیاد بودن دبی, پییش بینی بلوکه های بتنی نامبرده همیشه لازم است.
دوم- حداقل سرعت آب در لوله های شبکه آبرسانی بدین جهت در نظر گرفته می شود که در اثر سرعت کم, رسوب در لوله بیشتر ایجاد میگردد و گازهای محلول در آب به صورت حباب هایی در می آیند که در قسمت های بلند شبکه جمع شده و جریان آب را مختل می سازند.به علاوه کمی سرعت و یا استادن آب سبب تغییر مزه آب شده و از گوارایی آن می کاهد.
مینیمم سرعت آب در شبکه شهری 0.3 متر در ثانیه می باشد.البته باید توجه داشت که پیروی از این حداقل در لوله های فرعی همیشه امکان پذیر نیست و لذا کوشش می شود تا آنجا که ممکن است حداقل مذبور حفظ گردد.
سرعت های اقتصادی: چنانچه در بخش یک مورد توجه قرار گرفت در یک شبکه شهری و برای دبی ثابت, هزینه کارگذاری لوله و ساختمان تاسیسات ایجاد فشار در شبکه با هم نسبت عکس دارند.بسته به قیمت های روز در بازار و به ازای یک قطر معینی از لوله, مجموع هزینه های نامبرده مینیمم می گردد که آن را اقتصادی می نامند و سرعت مربوط به آن قطر را نیز به سرعت اقتصادی می شناسند و لذا سرعت اقتصادی ثابت نبوده و همیشه تابع قیمت های روز در بازار می باشد.به طور تقریبی و تجربی سرعت اقتصادی در لوله های تا قطر 500 میلیمتر ,0.6 تا 1.2 متر در ثانیه تغییر می کند.بهترین سرعت ها حدود 0.8 تا 1 متر در ثانیه می باشند.برای لوله های بزرگتر سرعت اقتصادی ممکن است از 1.2 متر در ثانیه بیشتر گردد.
در اینجا لازم به تذکر است که سرعت آب در لوله کشی درون ساختمان ها به علت کوچکی قطر لوله ها می تواند بیشتر انتخاب گردد و تابع محدودیت های نامبرده نمی باشد.
ب) محدودیت فشار:حداکثر فشار در شبکه لوله کشی شهر باید به اندازه ای باشد که لوله ها بتوانند آن را مخصوصاً در محل اتصال ها تحمل نمایند.خطر ترکیدن لوله ها در نقاط پست و گود شهر در نیمه شبها که جریان آب در شبکه ناچیز و در نتیجه افت فشار به حداقل و فشار به حداکثر خود می رسد, بیشتر می گردد.
لوله های فولادی گالوانیزه معولی را کارخانه ها برای تحمل فشار های 10 تا 12 اتمسفر می سازند(در کارخانه ها تا 50 اتمسفر آزمایش نهایی می گردد). ولی با توجه به امکان پوسیدگی آنها پس از کار گذاری و وجود نقاط ضعف در شبکه, در محل های اتصال حداکثر فشار آب را در شبکه های شهری 6 اتمسفر انتخاب می نمایند.در حالت های خاص و در قسمت های محدودی از شهر می توان آن را تا 8 اتمسفر نیز اختیار نمود.در ایران انتخاب قشار حداکثری بیش از 6 اتمسفر صحیح نیست, زیرا اضافه شدن فشار در شبکه علاوه بر کاهش ایمنی در برابر شکسته شدن لوله, مقدار نشت و درصد هدر رفت آب را نیز به شدت افزایش می دهد.
حداقل فشار آب در شبکه شهری باید به اندازه ای باشد که در ابتدای هر انشعاب فشار لازم برای مصرف کننده در لوله وجود داشته باشد.این فشار باید نیاز های زیر را تامین نماید:
افت فشار های پدید آمده درلوله انشعاب،شیر ورودی به خانه و شیر یکطرفه را جبران نماید.
افت فشار پدید آمده در کنتورآب را جران نماید که این افت فشار برخلاف افت فشارهای موضعی دیگر معمولا زیاد و در حدود 2 تا 6 متر و گاهی تا 10 متر ارتفاع آب می رسد.
افت فشار لوله کشی درون هر طبقه از ساختمان را جبران کند(1تا 4 متر ارتفاع آب ).
بلندی طبقه های خانه ها را جبران کند(طبقه اول 4 متر و بقیه طبقه ها هر یک 3 متر).
در شیری واقع در ارتفاعی دو متر بالاتر از آخرین طبقه حداقل 5 متر فشار در آب بماند.
به طور تقریبی می توان حداقل فشار لازم در شبکه را برای شهر های بزرگ 4, برای شهر های کوچک 3 و برای دهات 2 اتمسفر اختیار نمود.به علت محدودیت های نامبرده شرکت های آب و فاضلاب معمولاً تامین فشار کافی در ساختمان های بیش ار 5 طبقه را متعهد نمی گردند و فشار لازم در شبکه درونی آسمانخراشها باید توسط تاسیسات ایجاد فشار ویژه ای تامین گردد.
حداقل فشار لازم در شبکه برای استفاده مامورین آتش نشانی در صورتیکه برای پاشیدن آب روی آتش مستقیماً از شبکه برداشت شود 4 اتمسفر است و در صورتیکه از پمپ ماشین های آب پاش و یا پمپ های دستی برای خاموش کردن آتش استفاده شود می تواند حداقل فشار در حین برداشت آب تا حدود 1.5 اتمسفر کاهش یابد.
ج)محدودیت قطر لوله: چنانکه پیش از این اشاره شد در مواقع آتش سوزی, ناگهان در بعضی از لوله های شهر دبی جریان افزایش می یابد.این افزایش دبی ها در لوله های اصلی و بزرگ تاثیر چندانی ندارد ولی در لوله های فرعی و کوچک سبب افت فشار زیادی می گردند که ممکن است منجر به ایجاد مکش در لوله های آن قسمت از شهر گردد.برای جلوگیری از این پدیده حداقل قطر لوله را در شبکه شبکه شهری 100 میلیمتر انتخاب می کنند و تنها در کوچه های خیلی فرعی انتخاب قطر 80 میلی متر هم مجاز است.البته انتخاب چنین قطرهایی در لوله های بسیار فرعی سبب می شود که سرعت بدون آتش سوزی از حداقل تعیین شده کمتر گردد و این موضوع اجتناب ناپذیر است.
(4-2)- اجزای شبکه لوله کشی آب:
(4-2-1)-لوله ها: لوله ها قسمت اصلی شبکه پخش آب در شهر را تشکیل می دهند که علاوه بر پخش آب باید بسته به نیاز شبکه فشار های گوناگونی را نیز تحمل نمایند.
لوله هایی که امروزه در آبرسانی بکار می روند به ترتیب اهمیت و دامنه کاربرد عبارتند از:
الف-لوله های چدنی:لوله های چدنی را با قطر 40تا1200میلیمتر می سازند. در ایران این لوله ها با قطر 80تا700میلیمتر با روش گریز از مرکزتولید می گردد.
این لوله ها برابر استاندارد ISOدر سه کلاس به بازار عرضه می شود.کلاس LAبرای تحمل فشارهای کم در شبکه حدود8 اتمسفرساخته می شوند و پیش از بیرون آمدن از کارخانه با فشار 20اتمسفر آزمایش می گردند.کلاس A برای تحمل فشار های متوسط در آبرسانی حدود10اتمسفر ساخته می شوند ودر کارخانه زیرآزمایش فشای 25اتمسفررار میگیرند،کلاسBبرای تحمل فشار زیاد تا 12 اتمسفربوده و در کارخانه با فشار30 اتمسفر آزمیش می گردند.
لوله های چدنی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارندولی با این وجود برای بالا بردن مقاومت مزبوررویه درونی آنها با ملاتی از ماسه و سیمان و روه بیرونی با قیر اندود می کنند. اتصال این لوله ها در قطر کوچک به صورت نر و ماده و برای آب بندی جای اتصالات حلقه لاستیکی را درون مادگی قرار داده و با پیچاندن حلقه چدنی دنده داربه درون مادگی باعث فشرده شدن حلقه لاستیکی و آب بند شدنلوله می شوند.
لوله های چدنی معمولی که ترکیب های گرافیت در آنها بصورت وزنی شکل میباشندشکننده بوده که برای برطرف کردن این عیب و افزایش تحمل فشا آنها رکب های گرافیت را بصورت کروی در می آورند که به لوله های چدنی داکتیل معروف اند و با حفظ خواص لوله های چدنی تا حدی خاصیت الاستیک به لوله داده و ابلیت تحمل فشار لوله را افزایش می دهد.
ب- لوله های آزبست سیمان: پس از لوله های چدنی بیشترین کاربرد را در آبرسانی داشته و از10تا15درصد وزنی الیاف آزبست و 85تا90درصدسیمان ساخته شده اند.
به علت خطرات ناشی از جداشدن الیاف آزبست کاربرد آن کاسته شده و دربرخی کشورها به کلی ممنوع است.
مقاومت این لوله هادر برابر خوردگی از لوله های بتنی بیشتر است و در صورتی که زمین مورد نظر دارای سولفاته باشد در ساختمان این لوله ها از سیمان ضدسولفات استفاده می شود.
ج-لوله های بتن آرمه: این لوله ها معمولا برای قطرهای بیشتر از 500میلیمترو فشارهای درونی کمتر از10اتمسفر ساخته می شوند.
از این لوله ها بیشتر در ایجاد شاه لوله ها استفاده می شودو غالبا بصورت نر و ماده متصل می گردند که ممکن است با ساختن حله ای بتن آرمه در اطراف جای اتصال نقطه پیوند آبندی شود.
د- لوله های فولادی:لوله های فولادی را با قطرهای 6تا3000 میلیمتر می سازند و به 2دسته تقسیم میشوند:
1-لوله های بی جوش طولی که با روش نورد ساخته شده که برای لوله های با قطر کم(500) میلیمتراست.
2-لوله های با جوش طولی که از خم کردن ورق های فولادی و جوش دادن آنها بدست می آیند،ازاین روش برای لوله های بزرگ با قطر 300تا3000میلیمتر استفاده می شود.
لوله های فولادی برخلاف لوله های چدنی شکننده نیست ولی مقاومت آنها در برابر آب های خورنده کمتر است لذا بایستی برای آنها قشری به عنوان عایق وجود داشته باشد.
ه-لوله های پلاستیکی: لوله های پلاستیکی با فراورده های پتروشیمی ساخته میشوند. بیشترین و مهمترین مواد به کار رفته در ساختمان این لوله ها عبارتند از پلی وینیل کلراید(PVC) و یا پلی اتیلن (PE).این موادترموپلاستیک هستندیعنی براثر حرارت دیدن نرم و پس از سردشدن شکل قالب را به خود می گیرند.رنگ آنها بیشتر خاکستری است.لوله های پلاستیکی دارای وزن کم بوده لذا حمل ان به راحتی میباشد.لوله های PVC سخت و شکننده, ولی لوله های PE در دو نوع سخت و شکننده و نوع نرم و خم پذیر به بازار عرضه می گردند.ناصافی دیواره درونی لوله های پلاستیکی ناچیز و لذا افت فشار هیدرولیکی در آنها نسبت به لوله های دیگر کمتر است.
این لوله ها عایق الکتریسیته بوده و در برابر آب های خورنده مقاومت خوبی نشان می دهند.لوله های پلاستیکی PVC طبق استاندارد سازمان برنامه و استاندارد ISO به سه گروه با فشار های 6 , 10 و16 اتمسفر تقسیم می گردند.
لوله های پلی اتیلن نوع سخت در ایران با قطر های خارجی 10 تا 400 میلیمتر و برای فشار های کار 2.5, 3.2, 4, 6 و 10 اتمسفر ساخته می شوند.برای آبرسانی, بیشتر لوله های 6 و 10 اتمسفری آن به کار می روند.پلی اتیلن نرم با قطر های خارجی 10 تا 160 میلی متر و برای فشارهای 2.5 تا 10 اتمسفر ساخته می شوند.
(4-2-2)- پیوندی ها: پیوندی ها قطعه هایی هستند مانند زانویی با زوایای گوناگون،سه راهی ها،چهارراهی ها،تبدیل ها،درپوش ها،کلاهک ها،مهره و ماسوره ها و غیره.جنس چنین قطعه هایی ممولا چدنی بوده و باید از نظر قدرت تحمل فشار متناسب با لوله هایی باشندکه به آنها می پیوندند.در شبکه هایی که از لوله های پلاستیکی یا فولادی استفاده می شود, این قطعه ها علاوه بر جنس چدن ممکن است از جنس فولاد و یا پلاستیک هم ساخته شوند.
(4-2-3) شیرها: شیرها دستگاه هایی هستند که برای قطع و وصل, تنظیم و یا برداشت آب و هوا در خط انتقال و شبکه به کار برده می شوند.تعداد آنها بسیار زیاد و بسته به نوع کار آنها عبارتند از:
الف)شیرهای قطع و وصل- شیرهای قطع و وصل برای قطع جریان در یک لوله یا سمتی از خط انتقال بکار می روندو بایستی به تعداد کافی در نقاط مورد لزوم یعنی پس از هرانشعاب پیش بینی گردند.در طول های مستقیم و بی انشعاب دست کم هر300تا500متر یک شیر باید پیش بینی نمودتا حین تعمیر لوله لازم نباشد که همه لوله را از آب خالی و دوباره پر نمود.این شیرها در خط های انتقال معمولا کشویی یا پروانه ای می باشند.
ب)شیرهای آتش نشانی- شیرهای آتش نشانی و یا هیدرانت ها برای برداشت آب توسط مامورین آتش نشانی پیش بینی
می گردند.با توجه به درازای شیلنگ های برزنتی اداره های آتش نشانی فاصله شیرها از هم باید 100 تا 150 متر باشد.محل آنها کنار پیاده رو ها و به فاصله 50 سانتی متر از سواره رو ونزدیک چهارراه ها می باشداین شیرها به دو گونه روی زمینی و زیر زمینی ساخته می شوند.
ج)شیرهای یک طرفه- این شیرها برای یک طرفه کردن جریان آب در لوله ها به کار می روند.موارد کاربرد این شیر ها در شبکه آبرسانی در شهر بسیار مهم و مهمترین آنها در انشهاب خانه ها است.
وجود این شیر سبب می گردد تا در مواقعی که فشار در شبکه شهر کاهش می یابد, آب شبکه درونی ساختمان به شبکه شهر باز نگردد.این موضوع علاوه بر مراعات جنبه های بهداشتی برای جلوگیری از ورود هوا به درون شبکه شهری لازم می باشد.کاربرد دیگر این شیرها در تلمبه خانه ها و بعد از پمپ می باشد تا در مواقع خاموشی های ناگهانی از بازگشت آب به درون پمپ جلوگیری شود.
د)شیرهای کنترل خودکار- این گونه شیرها در محل هایی کار گذاشته می شوندکه هدف کنترل و تنظیم خود به خودی جریان آب در لوله باشد.این کنترل و تنظیم خودکار ممکن است شامل دبی, فشار و سرعت جریان آب در لوله باشد.مهمترین انواع شیرهای کنترل خودکار عبارتنداز:
1-شیرفشارشکن: در نقاطی که فشار از حد مجاز بیشتر است قرار می گیرند.مثلاً در شهرهایی که دارای شیب زیادی می باشند, در نقاط پست شهر فشار آب از حدود مجاز برای لوله ها بیشتر گردیده و باعث صدمه زدن و ترکیدن لوله های ضعیف در آن قسمت می گردد.
2-شیرنگهدارنده فشار: شیرنگهدارنده فشار که در جاهایی که هدف جلوگیری از کاهش فشار زیاد است نصب می شوند مانند محل برداشت آب یک انشعاب که باعث کاهش فشار زیاد در شاه لوله و عدم تامین فشار لازم برای مصرف کنندگان گرددو با نصب این شیر در ابتدای انشعاب مانع کاهش بی رویه فشار در لوله اصلی می شوند.
3-شیر اطمینان:به هنگام بالا رفتن فشار در لوله بیش از حد مجاز،این شیر باز شده و آب به صورت پساب به بیرون از شبکه می ریزد.این نوع شیرها در ایستگاه های پمپاژ و برای خنثی کردن ضربه قوچ کارگذارده می شوند و غالباً در موقع باز شدن آب دوباره به مخزن برداشت آب یا کانال فاضلاب منتقل می شود.
4-شیر کنترل دبی: شیر های کنترل دبی بر دو گونه اند.یک نوع آن با دبی ثابت تنظیم شده یعنی اگر دبی از مقدار ثابت بیشتر شود بسته و اگر کمتر شود باز می شوند. نوع دیگر مقدار دبی ثابت را میتوان با دست تغییر داد و یا با فرمانی از راه دور آن را برای هر دبی تنظیم کرد.
5-شیر کنترل سطح آب: این شیرها که به نام شیرهای شناور نیز معروفندبرای کنترل سطح آب در مخازن ذخیره
آب,به ویژه مخازن هوایی به کار می روند.این شیر ها با قطرهایی از 40 تا 300 میلیمتر در بازار یافت میشوند.
6-شیر کنترل ارتفاع:کار این شیر مانند شیر شناور می باشد با این تفاوت که محل کار گذاردن آن می تواند دور از سطح آب در مخزن باشد. با تغییر ارتفاع آب در مخزن و با فشار استاتیکی که به شیر وارد می شود شیر بصورت خودکار باز و بسته می شود.یکی از موارد کاربرد این شیر روی لوله ورودی به مخازن زمینی است که برای جلوگیری از به هدر رفتن آب از راه سر ریز مخزن کار گذارده می شود.
ه)شیرهای هواگیر- ممکن است بعلت مکش هایی در لوله ها هوا وارد شود و یا بخشی از هوای محلول در آب بعلت سرعت پایین آب در برخی نقاط بصورت حباب از آب جدا شده و فضاهایی از هوا در لوله ایجاد شود و سبب مختل شدن جریان گردند.لذا در نقاط بلند شبکه لوله کشی شهری, باید تاسیساتی پیش بینی نمود که در ضمن آب بندی هوای نام برده را از لوله بیرون کند.
و)شیرهای شستشو- ذرات ریز ماسه و نیز ذرات ناشی از کنده شدن مواد ته نشین شده درون لوله ها به علت وزن زیاد خود به نقاط گود شبکه رانده شده و در آنجا جمع می گردند.لذا در این نقاط باید شیر هایی جهت تخلیه مواد جامد مذبور و شستشوی لوله کار گذاشت.
ز)شیرهای برداشت همگانی آب- در شهر هایی که به عللی تمام مردم قادر به گرفتن انشعاب از شبکه لوله کشی آب نیستند و نیز در گذرگاه های پر رفت و آمد بیرون شهر جهت استفاده مسافرین, قرار دادن این شیرها ضروری است.باز و بسته شدن این شیرها باید به صورت فشاری انجام گیرد تا از هدر رفتن آب جلوگیری شود.
2- حسن امیر بیگی.اصول تصفیه و بهداشت آب, انتشارات اندیشه رفیع, چاپ دوم 1385
سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS)
مهندسی رودخانه
نانو مواد و تصفیه آب : فرصت ها و چالش ها
کدورت و مواد معلق در تصفیه خانه آب
تصفیه خانه های هوازی
نگاهی اجمالی بر پنج تصفیه خانه آب تهران
تولید و بسته بندی آب معدنی
قلیائیت
مديريت پسابهابه روش حمام شيخ بهايي و تصفيه فاضلاب در مبدا منازل
تصفيه ايمهاف تانك بجاي تصفيه فاضلاب شهري (سامانه اگو) در كشور چين
نمونه برآورد نياز آبي براي يك منطقه
آبرسانی از روزگاری آغازگردید که بشر زندگی گروهی را برگزید.لذا برای تامین نیاز خود از آب اولین شهر ها را در کنار رود خانه هایی مانند نیل,دجله,فرات و سند ساخت.در محل هایی که دسترسی به آب رودخانه نبود برای رفع نیاز های خود اقدام به کندن چاه نمود و چون همه آبهایی که در دسترس بودند از نظر کمی و کیفی جوابگوی نیاز های انسان را نداشتند , به فکر جابجا کردن آن افتاد و تکنیک آبیاری و آبرسانی به وجود آمد.
در قدیم شبکه آبرسانی شهر ها با شبکه آبیاری کشاورزی جدا از هم نبودند و انسان با دستبرد در چگونگی آب آن را برای آشامیدن مناسب می ساخت.تنها از گذشته ای نزدیک بود که با توجه بیشتر انسان به کیفیت آب های آشامیدنی و مخصوصاً از دید بهداشتی و گندزدایی آنها شبکه های آبرسانی شهری از شبکه های آبیاری کشاورزی جدا گشتند.
اجزای تاسیسات آبرسانی:
1.تاسیسات مربوط به برداشت آب از چاه ها , چشمه ها , رودخانه ها و دریاچه ها
2.تاسیسات تصفیه آب شامل استخرهای ته نشینی , صافی ها , دستگاه های هوا رسانی و تاسیسات گندزدایی آب
3.تاسیسات ذخیره آب و ایجاد فشار در شبکه نظیر مخازن همسطح زمین , مخازن بلند و بالاخره مخازن هوایی(برج های آب)
4.شبکه پخش آب در شهر شامل شاه لوله ها , لوله های اصلی و فرعی ,شیر ها وقطعه های اتصالی از قبیل زانویی ها و سه راهی ها و غیره
1. تاسیسات مربوط به برداشت آب از چاه ها , چشمه ها , رودخانه ها و دریاچه ها:
برای برداشت و استحصال آب از اکثر منابع آبی و برای رسیدن به فشار مورد نیاز , دبی مورد نیاز و آب سالم در تاسیسات آبرسانی باید از پمپ ها استفاده کرد.پمپ ها قطعات مکانیکی هستند که به منظور دادن انرژی جنبشی به سیال استفاده می شوند.
در این بخش آشنایی مختصری با انواع متداول پمپ های آبرسانی , محل و شکل و کاربرد اقتصادی , و بالاخره انتخاب مناسب آنها در آبرساتی شهرها مورد نظر است.
(1-1)- محل و موقعیت پمپ ها (تلمبه ها) :
در محل هایی که سطح آب مورد برداشت نسبت به سطح تلمبه خانه پایین تر قرار گرفته باشد , وضع و عمق کارگذاری پمپ
نسبت به ارتفاع لوله مکش فرق می کند.
الف) در صورتیکه ارتفاع لوله مکش یعنی فاصله قائم سطح آب مورد برداشت تا محور پمپ های دورانی کمتر از 6 متر و پمپ های پیستونی کمتر از 8 متر باشد؛می توان موتور و پمپ را در روی سطح زمین کار گذاشت و آنها را مستقیماً به هم ارتباط داد.
ب) در صورتیکه ارتفاع لوله مکش بیش از 6 متر باشد , به علت امکان تبخیر و قطع جریان اب در لوله مکش , چند راه حل گوناگون موجود است :
نخست- موتور را در روی زمین کار گذاشته و پمپ را روی سطح آب و یا در زیر سطح آب قرار می دهند؛در اینصورت دوران پمپ توسط محور دورانی که بین پمپ و موتور قرار دارد اجرا می گردد.محور دوران نامبرده باید کاملاً مهار گردد تا در اثر کمانش نشکند.اگر پمپ کوچک و وزن آن کم باشد , می توان آن را با کمک پوسته ای ثابت لوله ای شکل به موتور آویزان نمود.این پوسته کار مهار کردن محور دوران پمپ را نیز انجام می دهد.در مواردی که پمپ بزرگ و سنگین باشد باید در نزدیکی سطح آب جاسازی شود.در صورتیکه نتوان موتور را در بالای پمپ کار گذاشت , محور دوران نامبرده از دو قسمت افقی و قائم تشکیل می گردد که توسط چرخ دنده 45 درجه نیروی موتور را به پمپ منتقل می کند.این روش در چاه های نیمه عمیق و کم عمق بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و باید توجه نمود که چرخ دنده های نامبرده در جعبه دنده ای پر از روغن قرار گیرند تا افت راندمان موتور کاهش یابد.برای عمق های بیش از 25 متر , این روش به علت مشکلات ناشی از انتقال نیرو اقتصادی نخواهد بود.
دوم- موتور و پمپ با هم در یک پوسته کاملاً آب بندی شده ای در آب شناور می باشند.این پمپ ها به نام پمپ های شناور معروفند و موتور آنها تنها می تواند برقی باشد.قیمت اینگونه پمپ ها نسبتاً گران و لذا برای عمق های بیش از 20 متر اقتصادی است.
(1-2)- انواع پمپ ها:
در میان انواع پمپ های موجود تقریباً تنها دو نوع در آبرسانی کاربرد فراوان دارند که عبارتند از پمپ های پیستونی یا ضربه ای و پمپ های دورانی یا سانتریفوژ.امروزه با تکامل پمپ های دورانی , پمپ های پیستونی خیلی کمتر مورد استفاده قرار می گیرند , لذا در این بخش توجه بیشتری به پمپ های دورانی میگردد.
(1-2-1)- پمپ های پیستونی:
در حالتی که نسبت بین ارتفاع تلمبه زنی (ارتفاع مانومتری) بر حسب متر به دبی جریان بر حسب لیتر در ثانیه بیش از 30 تا 50 باشد(ارتفاع نامبرده خیلی زیاد و دبی بسیار کم), کاربرد پمپ پیستونی ممکن است باصرفه باشد ولی در هر صورت برای دبی های بیش از 50 لیتر در ثانیه کاربرد پمپ های پیستونی به هیچ وجه معمول نیست.به عبارت دیگر پمپ های پیستونی تنها وقتی ممکن است مورد توجه قرار گیرندکه جریان مقدار کمی آب به ارتفاع بسیار زیادی مورد نظر باشد.برتری پمپ های پیستونی در این است که بر خلاف پمپ های دورانی تغییر دبی پمپ فشار تولید شده را تغییر نمی دهد و به علاوه پمپ های
2
پیستونی بازده زیاد و قابلیت تنظیم بیشتری دارندکه توسط تغییر دور موتور انجام می گیرد.عیب این پمپ ها گرانی , بزرگی و
نیاز به جای زیاد برای کار گذاری , ایجاد ضربه قوچ در ضمن کار و کمتر بودن ایمنی کار آنها نسبت به پمپ های دورانی
است.
- دسته بندی پمپ های پیستونی: از نقطه نظر کار پمپ های پیستونی به دو دسته تقسیم می شوند:
دسته نخست: پمپ های یک طرفه که تنها از یک سوی پیستون برای ایجاد فشار و مکش استفاده می شود و لذا فشار آب در لوله بین صفر و ماکزیمم تغییر کرده و این تغییر ناگهانی ایجاد ضربه قوچ در لوله می نماید.برای این دسته از پمپ ها باید حتماً منبع خفه کننده ضربه پیش بینی نمود.این دسته از پمپ های پیستونی قادر به ایجاد فشار بیشتر ولی دبی کمتری می باشند.
دسته دوم: پمپ های دوطرفه که پیستون در آن ها یک در میان در هر سو ایجاد فشار و مکش می کند.لذا دبی به دست آمده و بازده کار آن بیشتر می گردد.ضربه قوچ در این دسته از پمپ ها کمتر ولی پیش بینی منبع خفه کن لازم است.بازده پمپ های پیستونی ارزان قیمت حدود 60% و پمپ های متوسط 70% و پمپ های خوب و گران قیمت 80% و گاهی هم بیشتر می باشند.از نقطه نظر کار گذاری , پمپ های پیستونی را ممکن است به شکل افقی و یا قائم کار گذارند.تعداد دور پمپ های پیستونی متفاوت و از 30 دور در دقیقه (پمپ های آهسته) تا 300 دور در دقیقه (پمپ های تند) در آبرسانی به کار می روند.
- منحنی های مشخصه پمپ های پیستونی: در پمپ های یک طرفه فرستادن آب در لوله به تناوب انجام می گیرد و وقتی پمپ در حال مکش است جریان آب در لوله فشاری صفر و لذا منحنی تغییرات فشار نسبت به دبی جریان یک در میان (هر 180 درجه چرخش موتور) ماکزیمم و صفر می گردد.
در پمپ های دو طرفه منحنی تغییرات فشار از ترکیب منحنی های دو پمپ یک طرفه که به شکل موازی کار کنند و 180 درجه با هم اختلاف فاز داشته باشند به دست می آید.دبی جریان در این پمپ ها تقریباً یکسان می ماند ولی فشار در لحظه هایی که پیستون جهت حرکت خود را تغییر می دهد , ناگهان به صفر می رسد و ضربه قوچ پدید می آید.با ترکیب چند پمپ پیستونی موازی که لحظه های تغییر جهت حرکت پیستون های آنها بر هم منطبق نباشند , می توان اثر این تغییر فشار را کاهش داد.
(1-2-2)- پمپ های دورانی:
اصول کار این پمپ ها بر استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران پره های متحرک پایه گذاری شده است.ذرات آب با کمک پره های نامبرده به سوی پره ها ومجرا های هدایت کننده و به وسیله آن ها نیز به سوی لوله خروجی پمپ فرستاده و فشرده می شوند.
امروزه بجز در موارد استثنایی که از پمپ های پیستونی استفاده می شود در بیشتر کار های آبرسانی پمپ های دورانی به کار
می روند.برتری این پمپ ها به پمپ های پیستونی در ارزانی آنها , کاربرد آسانتر و ایمنی بیشتر در کار می باشد.عیب این پمپ ها حساسیت آنها در برابر مواد معلق به ویژه ماسه و کم بودن بازده آنها است.البته با تغییراتی در شکل و تعداد پره ها می توان از حساسیت آنها در این زمینه کاست (پمپ های فاضلاب) ولی این کار معمولاً همراه با پایین آمدن ارتفاع تلمبه زنی و بازده آنها می باشد.
- انواع پمپ های دورانی: از نظر شکل پره ها و جهت وارد شدن وبیرون آمدن آب , این پمپ ها به سه دسته تقسیم می گردند:
دسته نخست: پمپ های دورانی محوری که آب در امتداد محور پمپ وارد و از همان امتداد هم بیرون می رود.ارتفاع مانومتری کم ولی سرعت دورانی و دبی این پمپ ها زیاد می باشند.
دسته دوم: پمپ های دورانی نیمه محوری که در آنها آب در امتداد محور پمپ و با زاویه ای کمتر از 90 درجه نسبت به محور بیرون می رود.ارتفاع مانومتری , دبی و سرعت دورانی این پمپ ها متوسط است.
دسته سوم: پمپ های دورانی شعاعی که بیش از دو نوع دیگر به کار برده می شوند , آب در آنها در امتداد محور وارد و در امتداد شعاع بیرون می رود. ارتفاع مانومتری در این پمپ ها زیاد , سرعت دورانی و دبی آنها کم می باشد.
سرعت دورانی پمپ های سانتریفوژ غالباً بین 1000 تا 3000 در در دقیقه می باشد.
از نظر شکل کار گذاری هر یک از انواع نامبرده , ممکن است پمپ های دورانی با محور افقی و یا قائم ساخته شوند. این پمپ ها ممکن ایت در خشکی کار کنند و یا در حالتی که ارتفاع مکش آنها از 6 تا 7 متر بیشتر نگردد , در درون آب قرار می گیرند.از این قبیل پمپ ها می توان پمپ های توربینی را نام برد که در آنها موتور در روی زمین و پمپ های چند طبقه آنها درون آب قرار می گیرند. حرکت موتور توسط محور به پمپ منتقل می گردد. این گونه پمپ ها برای چاه های نیمه عمیق قابل استفاده است.
برای برداشت اب از گودی های بیشتر مانند چاه های عمیق , موتور و پمپ با هم در پوسته کاملاً آب بندی شده ای قرار داده شده و به نام پمپ های شناور نامیده می شوند. کاربرد پمپ های شناور بسیار ساده ولی قیمت آنها نسبت به بقیه پمپ ها گرانتر می باشند. پمپ های شناور با تکامل خود روز به روز جای مصرف پمپ های دیگر را در بازار می گیرند.
- منحنی های مشخصه پمپ های دورانی : همانطور که پیش از این اشاره شد متاسفانه با تغییر دبی در پمپ های دورانی ارتفاع مانومتری آنها تغییر می کند.شدت این تغییر بستگی به شکل و ساختمان پره ها و مجرا های هدایت کننده آب دارد.هر چه این تغییرات کمتر باشد , کار با پمپ آسان تر می گردد.منحنی تغییرات دبی نسبت به ارتفاع مانومتری یعنی (H-Q) مهمترین منحنی مشخصه پمپ می باشد.تغییر دبی علاوه بر تغییر ارتفاع تلمبه زنی مقدار بازده و در نتیجه مقدار قدرت پمپ را نیز تغییر می دهد.لذا منحنی های نمایش تغییرات دبی با بازده (ɳ-Q) و با قدرت پمپ (N-Q) نیز منحنی های مشخصه پمپ نامیده می شوند.با توجه به در انتخاب پمپ ها باید کوشید که در عین حال که دبی و ارتفاع مانومتری مورد نظر را تامین می کند , بازده یا راندمان( ɳ ) آنها نیز حداکثر باشد.
(1-3)- کاربرد چند پمپ با هم :
گاهی عللی مانند زیادبودن نوسان های مصرف کننده و یا محدودیت های مکانی سبب می گردد که با وجود گرانتر شدن تاسیسات تلمبه خانه , به جای یک پمپ بزرگ , از چند پمپ کوچک استفاده شود.
- کاربرد پمپ های موازی : وقتی نوسان های مصرف کننده بسیار زیاد باشد , به جای یک پمپ بزرگ از چند پمپ کوچک استفاده می شود تا بتوان بسته به نیاز تعدادی از آنها را به کار وا داشت و از کار کردن بیهوده بقیه جلوگیری نمود و نیز در مواقعی که بخواهند دبی بیشتری از تاسیسات یک تلمبه خانه ساخته شده به دست آورند , پمپ هایی به صورت موازی با پمپ های موجود کار می گذارند.در کاربرد پمپ ها به صورت موازی باید توجه نمود مقدار دبی که هر یک از پمپ های موازی به لوله مشترک آب می فرستند بسته به ارتفاع مانومتری آنها تنظیم می گردد و برابر دبی آن پمپ ها وقتی به تنهایی کار می کنند نیست.لذا برای کشیدن منحنی مشخصه مجموع چند پمپ موازی کافیست مانند به ازای مقدار های ثابتی از ارتفاع مانومتری(H_man) دبی پمپ ها را با یکدیگر نماییم.
(1-4)- محاسبه قدرت پمپ ها :
پس از تعیین نوع و محل کارگذاری پمپ باید برای انتخاب آن قدرتش محاسبه گردد.اگر ارتفاع مانومتری (H_man) را بر حسب متر و دبی جریان را در پمپ Q بر حسب متر مکعب بر ثانیه و وزن مخصوص آب را γ بر حسب کیلو گرم وزن در متر مکعب و ɳ بازده پمپ در نظر بگیریم , قدرت آن از را بطه (1-1) بر حسب کیلوگرم متر در ثانیه به دست می آید.
(1-1) N=(γ .Q .H_man )/ɳ [kgm/s]
در صنعت و عمل معمولاً قدرت را برحسب اسب بخار (hp) و یا کیلو وات (kw) تعیین می کنند که با توجه به ضرایب آنها خواهیم داشت:
(1-2) N=(γ .Q .H_man )/(75 . ɳ) [hp]
(1-3) N=(γ .Q .H_man )/(102 . ɳ) [kw]
(1-4-1) – ارتفاع مانومتری :(H_man)
انرژی نظیر ارتفاع مانومتری پمپ در یک سیستم انتقال آب به سه گونه مصرف می گردد:
الف) بخش کمی از آن صرف به حرکت در آوردن ذرات ساکن آب می گردد.یعنی انرژی پتانسیل نامبرده تبدیل به انرژی سینتیک〖 h〗_₀= v^2/2gمی گردد.
ب)بخش دیگری از ارتفاع مانومتری صرف از بین بردن مقاومت های ناشی از سایش ذرات آب با دیواره لوله و سایش و برخورد ذرات نامبرده با همدیگر می شوند.یعنی انرژی پتانسیل تبدیل به انرژی حرارتی گردیده و هدر می رود.این تلفات انرژی را با h^, و h^(,,) و . . . نشان می دهند.
ج)بقیه انرژی نظیر ارتفاع مانومتری صرف بالا بردن ذرات آب از منبع پایین دست (منبع مورد برداشت) به منبع بالا دست (مخزن تغذیه) می گردد.اگر ارتفاع سطح آزادآب را در منبع پایین دست را نسبت به سطح مقایسه اختیاری (مثلاً سطح آب در دریا های آزاد) با z_1 و ارتفاع سطح آب در منبع بالا دست را با z_2 نمایش دهند ؛ ارتفاع مانومتری از رابطه (1-4) به دست می آید.
(1-4) H_man=z_2+z_1+h_⁰+h^,+h^(,,)+ . . .
اگر در رابطه (1-4) تمام انرژی های هدر رفته یعنی h_⁰ , h^,,h^(,,) و . . . را با ∑▒h نشان دهند , نتیجه می شود:
(1-5) +∑▒h z_2 〖-z〗_1 = H_man
-ارتفاع مانومتری H_man
1-4-2)- بازده یا راندمان پمپ های دورانی (ɳ_p ) :
بازده پمپ با توجه به تلفات انرژی که در پمپ رخ می دهد , از حاصلضرب سه قسمت گوناگون به دست می آید:
الف) بازده هیدرولیکی( ɳ_h )- یعنی نسبت بین ارتفاع به دست آمده به ارتفاع تئوریکی که پمپ دریافت می کند.تلفات این قسمت ناشی از جریان های گردابی و سایش های ذرات آب با جدار پمپ و برخورد ذرات به همدیگر می باشد.
ب) بازده حجمی ( ɳ_v )- یعنی نسبت بین دبی آبی که پمپ بیرون می دهد به دبی که وارد پمپ می گردد.تلفات آب در این قسمت شامل نشت آب هایی است که بر اثر آب بندی نبودن احتمالی پمپ از درز ها و شیار های آن به بیرون نشت می کند.
ج)بازده مکانیکی ( ɳ_m )- یعنی نسبت بین قدرتی که از سوی پره های پمپ به آب وارد می آید به قدرتی که به پمپ داده می شود.تلفات این قسمت ناشی از سایش در یاتاقان ها , کاسه نمد ها و قسمت های مکانیکی می باشد.
با توجه به تلفات و بازده های نامبرده , بازده کلی پمپ از رابطه (1-6) به دست می آید :
(1-6) ( ɳ_m ). ( ɳ_v ) . ( ɳ_h ) = ( ɳ_p )
بازده پمپ ها بسته به شکل ساختمان درونی و نوع پره ها متفاوت است.بر خلاف پمپ های پیستونی , بازده پمپ های دورانی برابر ثابت نیست.لذا همچنان که پیش از این اشاره شد در انتخاب پمپ باید کوشش شود که به ازای دبی مورد نظر , بازده پمپ نیز ماکریمم و یا نزدیک به آن باشد.بازده پمپ های دورانی بین 50% تا 90% تغییر می کند که به طور متوسط حدود 70% می باشد.
(1-4-3)- نقطه کار :
همچنان که پیش از این به آن اشاره شد , ارتفاع مانومتری یک پمپ باید صرف تامین اختلاف ارتفاع سطح آب در منبع بالا دست و پایین دست آن پمپ و نیز تامین تمام افت فشار های ایجاد شده در لوله ای گردد که آب مورد نظر را به ارتفاع نامبرده می رساند.افت فشار های مذبور نیز خود تابعی درجه دوم و لگاریتمی از دبی آب در لوله یا پمپ می باشد.
لذا اگر مانند در محور های مختصات دبی جریان و ارتفاع مانومتری منحنی تغییرات افت فشار را نیز بکشیم , محل تقاطع این منحنی که به نام منحنی مشخصه لوله یا سیستم هدایت آب نامیده می شود با منحنی مشخصه پمپ , نقطه ای است به نام نقطه کار (A).
این نقطه نشان دهنده مقدار آبی است که می توان با پمپ و لوله مورد نظر به ارتفاع (H) رسانید.
10
(1-5)- موتور های محرک پمپ ها :
حرکت پمپ ها غالباً با کمک میله فولادی که محور پمپ را به محور موتور متصل می سازد انجام می پذیرد.گاهی نیز این انتقال حرکت دورانی با کمک تسمه انجام می گیرد.موتور هایی که برای حرکت دادن پمپ ها به کار می روند , اکثراً برقی هستند و در نقاطی که دسترسی به برق نباشد , از موتور های دیزلی استفاده می کنند و خیلی به ندرت از ماشین بخار نیز استفاده می گردد.
الف) موتور های برقی- موتور های برقی بسته به ساختمان آنها می توانند با جریان یک طرفه و یا با جریان متناوب کار کنند.شدت جریان برقی که موتور های برقی در لحظه شروع به کار نیاز دارند , 4 تا 6 برابر زمان کار معمولی و شدت جریان نامی آنها می رسد.یعنی در موقع راه افتادن بار زیاد تری از شبکه می گیرند.در موتور های کوچکتر از 3 کیلو وات , این شوک الکتریکی برای شبکه توزیع برق تحمل پذیر است , ولی در موتور های بزرگتر برای جلوگیری از این پدیده باید پیش بینی لازم به عمل آید.کاربرد اتصال ستاره ای در شروع کار و تعویض آن پس از چند ثانیه به اتصال مثاثی و یا استفاده از ترانسفورماتورهای مخصوص , راه حل هایی هستند که برای جلوگیری و کاستن اثر شوک نامبرده به کار می روند.
سرعت دورانی سنکرون الکتروموتورها بر حسب دور در دقیقه از رابطه (1-7) به دست می آید :
(1-7) n =(f ×60)/P
در رابطه (1-7) پارامتر f فرکانس جریان متناوب (در ایران 50 می باشد) و P تعداد جفت قطب های الکتریکی پیش بینی شده در موتور می باشد.در صورتیکه موتور تنها دو قطب داشته باشد, سرعت دورانی آن 3000 دور در دقیقه می گردد که پس از بار گذاری روی موتور و بسته به مقدار آن سرعت نامبرده 2 تا 10 در صد کاهش می یابد.بازده الکتروموتورها اگر تسمه وسیله انتقال نیرو از موتور به پمپ باشد , حدود 80 تا 90 درصد و اگر با محور فولادی و جعبه دنده پر از روغن کار کنند , حدود 80 تا 95 درصد می باشد.
ب) موتور های دیزلی- این موتور ها یا ممکن است مستقیماً به پمپ متصل گردند و یا قبلاً ژنراتوری را به حرکت درآورده و با برق به دست آمده , نخست الکتروموتور و سپس پمپ را به حرکت در آورند.موتورهای دیزلی را معمولاً با سرعت های 500 تا 1500 دور در دقیقه می سازند و وقتی مورد استفاده قرار می گیرند که برق در دسترس نباشد.در محل هایی که برق وجود دارد ولی احتمال خاموشی و قطع برق زیاد می باشد , از این پمپ ها به عنوان رزرو و برای مواقعی که برق شبکه قطع می شود , استفاده می کنند.بازده این موتور ها به 75 تا 90 درصد می رسدو
ج) محاسبه قدرت موتورها- برای محاسبه قدرت موتور ها باید بازده موتور( ɳ_m ) و بازده پمپ ( ɳ_p ) , هر دو در نظر گرفته شوند.در این صورت قدرت موتور ها از رابطه (1-8) به دست می آید:
(1-8) N =(γ . Q . H_man)/(ɳ_m . ɳ_p . 75 )
(1-6)- بررسی ضربه قوچ در پمپ های دورانی :
هدف از این گفتار تنها بررسی حالت ویژه ای از ضربه قوچ است که در پمپ های آبرسانی بر اثر قطع جریان برق و خاموشی های ناگهانی پیش می آید.بحث و مطالعه تئوریکی ضربه قوچ و حالت های گوناگون آن به کتاب های کلاسیک هیدرولیک واگذار می گردد.
الف) شناسایی- در موقع خاموش کردن موتور های برقی در پمپ های دورانی و یا خاموشی های پیش بینی نشده ناشی از قطع جریان برق شبکه شهری , نیروی دوران دهنده پره های پمپ ناگهان از بین می رود , ولی به علت ادامه جریان آب در پمپ و انرژی سینتیک آن حالت فشار و مکش در لوله ها تغییر کرده و مدت زمانی کوتاه پمپ مانند توربین آبی به کار خود ادامه می دهد.در پمپ های آبرسانی معمولاً جرم آبی که در لحظه قطع جریان برق به پمپ فشار می آورد ناچیز و جرم آبی که از آن دور گردیده و در پمپ ایجاد مکش می کند بسیار زیاد می باشد و نیز به علت سایش های درونی پمپ و موتور کاهش فشار چشمگیری در پشت پمپ یعنی برابر در لوله (〖 z〗_0 z_2 ) پدید می آید.این کاهش در صورتیکه زیاد باشد , سبب تبخیر آب و قطع جریان آن در لوله پشت سر پمپ می گردد.کاهش فشار نامبرده در امتداد لوله به صورت یک موج با سرعت حرکت کرده تا به مخزنی که آب به آن پمپ می گردد برسد.این موج در مخزن نامبرده منعکس گشته و به صورت موج افزایش فشار درباره به سوی پمپ بر می گردد و به آن ضربه ای می زند.معمولاً در پمپ های آبرسانی برای جلوگیری از برگشت آب به درون پمپ مانند شیر یکطرفه ای پس از پمپ کار می گذارند که با بسته شدن خود به خودی مانع از برخورد ضربه نامبرده با پره های پمپ می گردد.لذا تنها ممکن است لوله پس از پمپ در اثر ضربه قوچ زیان ببیند.افت فشار بر روی نوسان های فشار نامبرده تاثیر کرده , به تدریج آن را مستهلک نموده و دستگاه به حالت تعادل در می آید.پدیده ضربه قوچ در موقع روشن کردن پمپ نیز رخ می دهد , ولی معمولاً خطر ناشی از آن کمتر از خطری است که در موقع خاموش شدن پمپ به وجود می آید.
ب) محاسبه ضربه قوچ در پمپ های دورانی- هر تغییر سرعتی در لوله مانند vΔ بنابر رابطه یاکوفسکی یعنی رابطه (1-9) تغییر فشاری برابر HΔ ایجاد می کند:
(1-9) vΔ ∙ a/g H = Δ
در رابطه (1-9) مقدار a برابر سرعت حرکت موج فشار در لوله و g شتاب ثقل زمین می باشد.مقدار a از رابطه (1-10)که به نام رابطه آلیوی معروف است به دست می آید که در آن γ وزن مخصوص آب بر حسب کیلو گرم وزن بر متر مکعب و d قطر و s ضخامت دیواره لوله بر حسب متر و E_w مدول الاستیسیته آب و برابر 2.07 × 〖10〗^8 کیلوگرم بر متر مربع و E_p مدول الاستیسیته لوله می باشد.مقدار E_p برای لوله های فولادی برابر 2 ×〖10〗^10, برای لوله های چدنی 〖10〗^10 , برای لوله های آزبست 2.5 × 〖10〗^9 و برای لوله های بتنی〖10〗^9 تا 3 ×〖 10〗^9 کیلوگرم بر متر مربع می باشد.
(1-10) a = √(g/γ)/√(1/( E_w )+ 1/E_p ∙ d/s)
با توجه به عدد های نامبرده و رابطه شماره (1-9) , مقدار HΔ حدود 80 تا 150 برابر سرعت جریان آب در لوله می باشد. اگر l طول لوله بین پمپ در ارتفاع 〖 z〗_0و مخزن در ارتفاع z_2 باشد , مدت زمان T_r که موج فشار به مخزن نامبرده رسیده و برمی گردد از رابطه (1-11) به دست می آید:
(1-11) = 2l/a T_r
در صورتیکه افت فشار در لوله ناچیز فرض شود و مدت زمان قطع جریان برق تا ایستادن پره های پمپ یعنی T_s برابر یا کوچکتر ازT_r باشد , ضربه قوچ به مقدار ماکزیمم خود و برابر رابطه (1-9) بر پمپ وارد می آید.در این صورت Δv برابر سرعت آب در لوله در موقع کار کردن پمپ می باشد. در پمپ های آبرسانی که طول lنسبتاً زیاد می باشد, مدت زمان T_s همیشه کوچکتر از T_r می گردد.
همانگونه که پیش از این اشاره شد در موقع خاموش شدن و از کار افتادن پمپ کاهش فشار چشم گیری در پشت سر پمپ به وجود می آید.در صورتیکه این فشار در هوای سرد از 6 تا 7 متر ارتفاع آب کمتر نگردد, آب تبخیر گشته و پدیده کاویتاسیون رخ می دهد.مقدار فشار منفی نامبرده در صورتیکه مدت زمان T_s کوچکتر و یا مساوی T_r باشد , برابر از رابطه (1-12) به دست می آید.
(1-12) H_min=(z_2- z_0 )- a/g Δv
برای محاسبه مقدار ماکزیمم فشار ناشی از برگشت موج فشار به سوی پمپ , اگر افت فشار ها در لوله نسبتاً زیاد باشند باید مقدار آنها مورد توجه قرار گیرد.لذا فشار ماکزیممی که در لحطه برگشت موج فشار به پمپ وارد می آید از رابطه (1-13) به دست می آید.
(1-13) - 2∑▒h a/g Δv + (z_2- z_0 ) H_max=
در رابطه (1-13) مقدار (z_2- z_0 ) , فشار ثابت استاتیکی و∑▒〖h 〗 مجموع افت فشارهای خطی و افت فشارهای موضعی در لوله پس از پمپ می باشند
ج) روشهای جلوگیری از اثر ضربه قوچ- برای کاهش اثر ضربه قوچ , روش های گوناگونی متداول است که در هر مورد
مهندس طراح با توجه به جنبه های اقتصادی و فنی باید در انتخاب آنها توجه شایانی به کار برد.برای کاهش ΔHباید کوشش شود تا در رابطه های (1-9) و (1-11) مقدار Δv, aو T_r کاهش و T_s افزایش یابند.برای رسیدن به این هدف باید یکی از روش های زیر را به کار برد:
نخست- ساده ترین روش کاهش اثر ضربه قوچ که همیشه باید جنبه اقتصادی کاربرد آن را به دقت بررسی نمود , این است که با افزایش قطر لوله از سرعت جریان پس از پمپ کاست.
دوم- با افزایش مدت زمان ایستادن پمپ یعنی T_s تغییر Δv را در مدت T_r کاهش داد.این کار معمولاً توسط قرار دادن چرخ لنگر در محور پمپ انجام می گیرد.این چرخ که باید جرم آن محاسبه گردد سبب می شود که پمپ مدتی تاچند برابرT_r به دوران خود ادامه دهد.این روش برای پمپ هایی که کار آنها طبق برنامه ای خودکار همراه با خاموش و روشن شدن های فراوان می باشند ,مناسب نیست.
سوم- با قرار دادن شیر های الکتریکی پشت پمپ مدت زمان باز و بسته کردن شیر را به دلخواه تنظیم نموده تا پیش از روشن و خاموش کردن پمپ از شیر استفاده شود.در این صورت مدت زمان باز و بسته شدن شیر به جای مدت زمان T_s موثر واقع می گردد.این روش در مواقعی که قطع جریان برق پیش بینی نشده باشد موثر نیست.
چهارم- با کمک خفه کننده هایی مانند مخازن های فشرده و برج تعادل مانع از کاهش آنی سرعت جریان در لوله می گردند.این خفه کننده ها در موقع کاهش فشار مقداری آب به درون لوله اصلی وارد می سازند و در موقع افزایش مقداری از آب لوله را در خود ذخیره می کنند.
پنجم- در حالتی که ارتفاع استاتیکی (z_2- z_0 ) کم و طول لوله اصلی زیاد باشد , می توان با کمک دو لوله فرعی , لوله اصلی z_0تا z_2 را به منبع برداشت آب در ارتفاع z_1 وصل نمود.یکی از دو لوله فرعی که به شیر یکطرفه ای مجهز است , در موقع نقصان فشار در لوله اصلی , آب مورد لزوم را به لوله نامبرده می رساند و مانع از کاهش فشار می شود و لوله دیگری که با یک شیر تنظیم کننده فشار مجهز است , در مواقعی که افزایش فشار در لوله اصلی نامبرده از حدی بیشتر شد , شیر نامبرده باز شده ومقداری آب دوباره به منبع مورد برداشت در ارتفاع z_1 برگشته و سبب جلوگیری از افزایش فشار در لوله اصلی می گردد.
ششم- برای کاستن a انتخاب نوع لوله و پارامترهای رابطه (1-10) موثرند.مثلاً وجود گازهای فراوان در آب سبب کاهش E_w و در نتیجه کاهش مقدار می گردد.
2. تاسیسات تصفیه آب شامل استخرهای ته نشینی , صافی ها , دستگاه های هوا رسانی و تاسیسات گندزدایی آب:
همواره باید تلاش در این راستا باشد که تا حد امکان از خالص ترین منابع آب برای شرب استفاده شود , حتی اگر این امر به
قیمت انتقال آب از مسیر های طولانی و رساندن آن به مصرف کننده یا تصفیه اندک و یا بدون تصفیه تمام شود.همچنین برای حفظ کیفیت آب مراقبت از منابع آب بسیار ضروری است.اما با این وجود همه منابع آب برای مطابقت با استاندارد های موجود جهت تامین آب آشامیدنی معمولاًنیازمند تصفیه اند.
فرایند هایی که برای تصفیه آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می گیرند , بستگی به کیفیت آب منبع انتخاب شده اند.بیشتر آب های زیرزمینی صاف و عاری از عوامل بیماری زا و همچنین فاقد مقادیر قابل توجهی از مواد آلی هستند.این قبیل آب ها را می توان با استفاده از حداقل مقدار کلر برای جلوگیری از آلودگی شبکه های توزیع , در سیستم های آب آشامیدنی مورد استفاده قرار داد.اما ممکن است بعضی از آبهای زیرزمینی حاوی مقادیر زیادی جامدات محلول , گازها و یا مقادیر اضافی آهن , منگنز و یا حتی مواد آلی و میکروبی باشند که در این صورت به فرایند های تصفیه پیچیده نیاز می باشد.سیستم های تصفیه که معمولاً برای تهیه آب آشامیدنی از آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند
آبهای سطحی غالباً دارای تنوع بیشتری از آلاینده ها نسبت به آب های زیرزمینی هستند و به همین دلیل فرایند های تصفیه ممکن است برای این قبیل آب ها پیچیده تر باشد.بیشتر آب های سطحی دارای کدورتی بیش از مقدار تعیین شده توسط استانداردهای آب آشامیدنی می باشند.هرچند جریان های آبی که با سرعت زیاد در حرکت اند , ممکن است دارای مواد بزرگتر به حالت معلق باشند.اما بیشتر جامدات در اندازه های کلوئیدی بوده و برای جداسازی آنها استفاده از فرایندهای تصفیه مورد نیاز است.سیستم های تصفیه که به طور معمول برای آب های سطحی مورد استفاده قرار می گیرند
- فرآیند کلی از واحد های تصفیه آب های زیرزمینی دارای سختی
5 → 4 → 3 → 2 → 1 → آب خام
1: هوادهی 2: سختی گیری
3: فیلتراسیون 4:گندزدایی
5: ذخیره سازی
- فرآیندهای کلی از واحد تصفیه آب های سطحی
8 → 7 → 6 → 5 → 4 → 3 → 2 → 1 → آب خام
1: آشغالگیر 2: تصفیه شیمیایی مقدماتی
3: ته نشینی 4: انعقاد و لخته سازی
5: فیلتراسیون 6: جذب سطحی
7: گندزدایی 8: ذخیره سازی
فرآیندهای تصفیه آب های سطحی به ترتیب قرار گیری واحدها در تصفیه خانه آب به شرح ذیل عبارتند از :
1: آبگیر 2: آشغالگیر
3: تصفیه شیمیایی مقدماتی 4: ته نشینی مقدماتی
5: توری های آب های سطحی 6: هوادهی
7: انعقاد و لخته سازی 8: سختی گیری
9: فیلتراسیون 10: جذب
11: فلوئورزنی- فلوئورزدایی 12: تثبیت
13: گندزدایی 14: ذخیره سازی
با توجه با اینکه در کشور ما بیش از 80 در صد آب شرب اجتماعات شهری و روستایی از منابع آب زیرزمینی تامین می شود در این بخش به فرآیند های گندزدایی آب های زیرزمینی پرداخته و از ذکر جزئیات فرآیندهای تصفیه آب های سطحی صرف نظر می شود.(برای مطالعه بیشتر در مورد فرآیندهای تصفیه آب های سطحی به منابع رجوع شود)
(2-1)-گندزدایی:
فرآیندی که به منظور از بین بردن ارگانیسم های بیماری زای موجود در آب و یا غیر فعال نمودن آنها به کار برده می شود, گندزدایی آب نامیده می شود.فرایند گندزدایی که در تصفیه آب صورت می گیرد با فرآیند استریلیزاسیون تفاوت بسیار دارد, زیرا در فرایند استریلیزاسیون تمام میکروارگانیسم ها نظیر باکتری ها, آمیب ها, اسپورها و ویروس ها از بین می روند, در حالی که در عمل گندزدایی نه تنها همه میکروارگانیسم ها از بین نمی روند, بلکه حتی بعضی از عوامل بیماری زا در آب باقی می مانند که در اینجا می توان ویروس هپاتیت و پولیو را نام برد که در بعضی از فرایند های گندزدایی کاملاً غیرفعال نمی
16
شوند.مکانیسم از بین رفتن ارگانیسم های بیماری زا در عمل گندزدایی به شرح ذیل عبارتنداز:
1)نفوذ ماده گندزدا به داخل سلول باکتری
2)ترکیب با آنزیم های موجود در داخل سلول
گندزدایی آب ممکن است به روش های مختلف به شرح ذیل انجام پذیرد:
-گندزدایی حرارتی
-گندزدایی پرتوافکنی
-گندزدایی شیمیایی
معمولترین نوع گندزدایی آب استفاده از روش شیمیایی است.مواد شیمیایی که برای گندزدایی آب مورد استفاده قرار می گیرند, باید دارای شرایط زیر باشند:
-قادر به کشتن انواع میکروارگانیسم های بیماری زا باشند.
-ارزان قیمت و مقرون به صرفه باشند.
-کاربرد و جابجابب آنها آسان باشد.
-به آب خاصیت سمی ندهند.
-قادر به باقی ماندن در آب باشند تا آلودگی های ثانویه احتمالی را از بین ببرند.
بعضی از مواد شیمیایی مورد مصرف در تصفیه آب عبارتنداز:
ید , برم , ازن , یون نقره , پرمنگنات , کلر و ترکیبات آن.
با توجه به کاربرد بیشتر کلر در گندزدایی آب, از ذکر جزئیات سایر مواد و روش های گندزدایی صرف نظر کرده و به روش های گندزدایی آب توسط کلر و ترکیبات آن می پردازیم(برای مطالعه بیشتر در مورد سایر مواد و روش های گندزدایی به منابع رجوع شود).
(2-1-1)-کلر و ترکیبات آن:
کلر گازی است به رنگ سبز مایل به زرد که در فشار 3.5 اتمسفر به صورت مایع روغنی عقیقی رنگ در می آید.وزن مخصوص گاز کلر مایع 1.5 برابروزن مخصوص آب است.یک حجم گاز مایع در شرایط متعارفی 460 حجم گاز ایجاد می کند.که قابل انفجار و اشتعال نمی باشد ولی تنفس آن بسیار خطرناک است.گاز کلر را به وسیله شستشو در اسید سولفوریک خالص نموده و
17
در فشار 25 (psi) آن را به مایع و در سیلندرهای فولادی نگهداری می کنند.
استفاده از کلر جهت گندزدایی آب از ابتدای قرن بیستم آغاز شده است و به صورت گاز و یا پودر(هیپوکلریت کلسیم) مورد استفاده قرار می گیرد.
(2-2)-روش های کلرزنی:
ابتدا قبل از کلرزنی آب مورد نظر باید میزان کلرخواهی آب تعیین شود.اما به طور معمول میزان کاربرد کلر در تصفیه آب به طور کلی 3 تا 5 گرم کلر خالص به ازای هر متر مکعب آب است(ترکیبات کلر درجه خلوص متفاوتی دارند, بنابراین باید در محاسبات آن را نیز منظور نمود).
برای کلرزنی آب چاه در مناطق روستایی می توان از روش کوزه گذاری استفاده نمود.بدین ترتیب یک کوزه سفالی بدون لعاب را با ظرفیت 12 تا 15 لیتر انتخاب می نمایند, دو سوراخ به قطر 0.6 سانتی متر در دو طرف کوزه نزدیک وسط آن ایجاد می نمایند.750 گرم پودر هیپوکلریت کلسیم و 3 کیلوگرم ماسه(قطر ماسه ها حدود 2 تا 3 میلی متر ) را با هم مخلوط نموده,داخل کوزه می ریزند.سپس درب کوزه را با یک ورقه پلاستیکی محکم بسته و کوزه را به صورت قائم داخل چاه فرو برده و حدود 10 سانتی متر پایین تر از سطح آب, توسط ریسمانی که به گردن کوزه بسته شده است, به دیواره چاه توسط میخی محکم می نمایند.بعد از حدود یک ساعت آب گندزدایی و قابل مصرف می باشد.پس از اتمام کلر, کوزه را باید خارج و عمل فوق را تکرار نمود.از طریق کلرسنجی مستمر آب می توان به اتمام کلر موجود در داخل کوزه پی برد.
برای گندزدایی آب قنات می توان از طریق کوزه گذاری عمل نمود.محل نصب کوزه در قنات(داخل مجرای قنات) بایستی در فاصله ای از مظهر قنات قرار گیرد تا حداقل بعد از 20 دقیقه اب گندزدایی شده از مظهر قنات خارج شود.نحوه نصب کوزه در مجرای قنات بایستی با زاویه حدود 45 درجه نیبت به افق قرار گیرد و درب کوزه در جهت مخالف جریان آب قرار گیرد.
امروزه برای گندزدایی آب در اجتماعات کوچک از روش کوزه گذاری استفاده چندانی نمی شود.بلکه سعی بر آن است که ابتدا آب چاه, چشمه و غیره را به مخازن آب (زمینی- هوایی) هدایت نموده و در آنجا عملیات کلرزنی انجام شود.برای گندزدایی مخازن آب و شبکه های توزیع معمولاً به روش های زیر عمل می شود:
(2-2-1)- روش دستی:
بعد از تعیین کلر مورد نیاز آب, حجم مخزن را بر حسب متر مکعب محاسبه نموده, سپس مقدار کلر لازم را به مخزن می افزایند.بهتر است مقدار کلری را که بایستی به مخزن اضافه شود, ابتدا در یک ظرف چند لیتری به صورت محلول در آورده و پس از حذف ناخالصی های آن از طریق صافی به آب تزریق گردد و با وسایل دستی مکانیکی, کلر اضافه شده با آب مخلوط و بعد از حداقل 20 دقیقه مصرف گردد.
برای محاسبه ابعاد مخزن به روش زیر می توان عمل نمود:
الف)اگر مخزن مکعب مستطیل باشد: V = L .W.h
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:L طول مخزن بر حسب متر
:W عرض مخزن بر حسب متر
:h عمق مخزن بر حسب متر
ب)اگر مخزن به صورت استوانه ای باشد: h × V = 〖πd〗^2/4
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
π :3.14
:d قطر مخزن بر حسب متر
:h عمق مخزن بر حسب متر
برای تعیین مقدار کلر لازم جهت گندزدایی آب بایستی درصد خلوص هیپوکلریت کلسیم(70%) مد نظر قرار گیرد.
(2-2-2)- دستگاه هیپوکلریناتور قطره ای:
از سیستم کلرزنی قطره ای در تمام روستاها و مجتمع های مسکونی و کارخانجاتی که منابع آنها دور از محل مصرف و فاقد برق است و یا در نقاطی که امکان استفاده از سیستم های پیچیده تصفیه وجود ندارد, مورد استفاده قرار می گیرد.از این روش بیشتر در پروژه هایی که از مخازن آب زمینی استفاده می شود, مورد بهره بردای قرار می گیرد.بدین طریق که بر روی مخزن ذخیره آب اتاقکی به ابعاد تقریبی 2.30×1.5×2 متر ساخته می شود.در داخل این اتاقک یک بشکه پلاستیکی با ظرفیت 500 لیتری مجهز به شیرفلکه جاسازی می شود و به وسیله شیلنگ تزریق مایع کلر, محلول کلر ساخته شده از درون بشکه به محل ورود آب به مخزن به طور همزمان تزریق می شود, به طوری که با توجه به دبی پمپ چاه(دبی ورودی به مخزن) از طریق شیر فلکه میزان کلر ورودی به مخزن تنظیم می شود و به محض اینکه پمپ چاه وارد مدار گردد, کلرزنی شروع و چنانچه پمپ از مدار خارج گردد, کلرزنی قطع می گردد.البته این روش با ایجاد تغییرات در آن و نصب همزن دستی و مخزن ثانویه همراه است.
برای تهیه محلول کلر در داخل بشکه 500 لیتری معمولاً از کلر 1% استفاده می شود.لذا با توجه به گنجایش بشکه خواهیم داشت:
مقدارکلر 70%لازم500 × 10 gr = 5000/1000 = 5 kg
یعنی به ازای هر لیتر آب 10 گرم کلر 70% ریخته ایم و لیکن کلر موثر جهت گندزدایی آن به ازای هر لیتر 7 گرم است.با توجه به دبی آب ورودی به مخزن ذخیره آب, شیر تنظیم خروجی محلول کلر لازم را بر حسب سی سی در دقیقه تنظیم می نماییم.و یا می توان از سیستم شبکه توزیع آب به طور دائم کلرسنجی نمود تا میزان کلر باقی مانده از شیر برداشت آب بین ppm 0.2 – 0.8 باشد, آنگاه شیر تنظیم را ثابت می نماییم.
(2-2-2-1)- نصب و راهبری هیپوکلریناتور قطره ای :
- شاسی را تراز کرده و مخزن ثانویه را در محل خود نصب نمایید(مخزن ثانویه جهت تهیه محلول کلر صاف تعبیه می گردد).
- پیچ تخلیه و سایر اتصالات را کنترل کنید.
- همزن دستی را توسط پیچ های تنظیم تراز نمایید.
- پیچ تخلیه مستقر در کف مخزن محلول کلر را بایستی هر چند روز یک بار باز نموده و رسوبات حاصله را خارج نمود.
- هر ماه یک بار کلیه اتصالات را باز و با محلول رقیق اسید کلریدریک شستشو و سپس در جای خود قرار دهید.
(2-2-3)- دستگاه هیپوکلریناتور برقی:
در اجتماعاتی که دارای سیستم برق رسانی و یا مخازن ذخیره آب از نوع هوایی می باشند, می توان از دستگاه هیپوکلریناتور برقی استفاده نمود.فرق عمده هیپوکلریناتور برقی با قطره ای در این است که محلول کلر توسط پمپ از مخزن کلر خارج و به مخزن تزریق می شود.هزینه نصب و راه اندازی و راهبری آن بیشتر از نوع قطره ای است.
(2-2-4)- دستگاه کلریناتور گازی:
از این دستگاه ها بیشتر برای جمعیت های بالا استفاده می شود و به دو روش زیر عمل می شود:
الف)گاز کلر مستقیماً به منبع آب تزریق می شود.این روش کمی گران بوده و رضایت بخش نمی باشد, زیرا دیفیوز(پخش کردن) کلر در آب کم است.هم چنین در درجه حرارت پایین(زیر 10 درجه سانتی گراد) هیدرات های کریستالین گاز کلر تشکیل می شود.بنابراین وقتی کلر مستقیماً از طریق خطوط لوله کشی وارد آب شود, با افت درجه حرارت در لوله انسداد پدید می آید.
ب)گاز کلر ابتدا به صورت محلول در آمده و سپس به نقطه مورد نظر تزریق می گردد.گاز کلر معمولاً در سیلندرهای با وزن های مختلف در بازار موجود است.تقریباً 85% حجم این سیلندرها را کلر مایع و 15% بقیه را گاز کلر پر کرده است.اغلب سیلندهایی که طراحی می شوند, می توانند فشار psi 480 را تحمل نمایند.
هنگام کار با سیلندر های کلر و کلرزنی بایستی به نکات ایمنی زیر توجه داشت:
- گاز کلر سمی, خورنده و از هوا سنگین تر است, لذا بایستی تهویه مناسبی در ساختمان تعبیه گردد(فن را معمولاً در پایین ساختمان قرار میدهند).
- محل استقرار سیلندهای کلر باید به خوبی تهویه گردد و حرارت آن نبایستی پایین تر از حرارت محیط بوده و در زمستان نباید به کمتر از 10 درجه سانتی گراد برسد, زیرا امکان یخ زدن کلر در لوله های انتقال آن وجود دارد.
- برای انتقال کلر مایع یا گاز کلر بایستی از لوله های فولادی استفاده شود.
- فاصله مجاز سیلندرها از یکدیگر نباید از 1.2 متر کمتر باشد, تا بتوان به راحتی شیرهای مربوطه را باز و بسته نمود.
- سیلندرهای کلر نبایستی در معرض تابش مستقیم نور خورشیدقرار گیرند.همچنین از حرارت دادن مستقیم سیلندرها باید جداً خودداری شود.
- اتاق های تجهیزات کلریناتور و ذخیره کلر باید از سایر قسمت های تصفیه خانه یا سایر تاسیسات دیگر مجزا باشند و تنها از درب خروجی قابل دسترسی باشند.
- وسایل کنترل تهویه و ماسک های گاز باید در محل ورودی اتاق قرار گرفته باشند.
- میزان ذخیره تنها باید برای مصرف 30 روز کافی باشد.
- اگر به جای کاربرد سیلندرهای کوچک از سیلند های بزرگ محتوی 500 تا 1000 کیلوگرم استفاده می شود, بایستی حمل و نقل آنها با جرثقیل انجام گیرد.
- برای نشت یابی گاز کلر از اتصالات و لوله ها می توان ار آمونیاک 5% استفاده نمود(تماس آمونیک با گاز کلر تولید دود سفید رنگ می کند).
- مقدار کلر مورد نیاز بعد از محاسبه باید طوری تزریق گردد که در آب گندزدایی شده, همواره کلر آزاد باقی مانده 0.2-0.8 ppm موجود باشد.
گاز کلر را با دستگاه هایی, به آب تزریق می کنند.
1- مخزن گاز کلر
2- دستگاه کلر سنج
3- دستگاه مکنده کلر
4- مجرای انتقال آب کلر دار
5- مبدل جریان برق
6- سیم رابط
7- مرکز توزیع برق
8- مجرای انتقال آب تحت فشار
9- سیم رابط
10- مجرای انتقال آب برای گندزدایی کردن
11- شیر فلکه خورکار کنترل جریان آب
12- مجرای انتقال آب گندزدایی شده
3.تاسیسات ذخیره آب و ایجاد فشار در شبکه نظیر مخازن همسطح زمین , مخازن بلند و بالاخره مخازن هوایی (برج های آب):
مقدار مصرفهای آب تحت تاثیر یک رشته نوسان هایی قرار می گیرند که مهمترین آنها عبارتند از نوسانهای سالیانه , نوسانهای روزانه و نوسانهای ساعتی واز سوی دیگر آبدهی منبع های طبیعی تهیه آب نیز به علت تغییرات فصلی و سالیانه در مقدار بارندگی نوسانهایی به همراه دارند.
برای مطابقت دادن مقدار مصرف آب با مقدار آب موجود در طبیعت همیشه نیاز به تاسیساتی به نام مخازن ذخیره آب هست که بتواند در زمان های پرآبی و یا کم آبی مصرف آب را در خود ذخیره نموده و در زمان کم آبی ویا زیادی مصرف آنرا در اختیار مصرف کنندگان بگذارد.
23
مخازن ذخیره ایکه در این بخش مورد بررسی قرار می گیرند , برای تامین نوسان های ساعتی و روزانه مصرف آب شهر و روستا به کار می روند.این مخازن غالباً علاوه بر جبران نوسان های مصرف شهر و روستا , کار تامین فشار لازم در شبکه را نیز انجام می دهند.لذا این نوع مخازن به نام مخازن بلند نامیده می شوند.
برای ذخیره آب و تامین فشار در شهرک ها و یا در ساختمان های بلند , گاهی از مخازن زیر فشار نیز استفاده می شود که مستقیماً توسط پمپی فشار درون آن در حد معینی ثابت نگهداری می شود.
انواع مخازن ذخیره آب:
3-1) : مخازن زمینی همتراز با ناحیه مصرف کننده آب :
این مخازن فقط برای ذخیره آب به کار می روند.در مقاس کوچک می توان آب انبار های قدیمی را و در مقیاس بزرگ مخازن آب شهرها جزو این گروه دانست.برای آبرسانی باید آب را از این مخازن به یک مخزن بلند فرستاد و یا در شهر های بسیار کوچک و روستاها توسط پمپ و مخزن زیر فشار , فشار آب را در شهرک تامین نمود.لذا ساختمان این مخازن به ندرت پیش می آید.حجم این مخازن بسته به شدت نوسان آبدهی منبع طبیعی تهیه آب و نوسان مصرف در شهر و روستا تعیین می گردند.
3-2) مخازن بلند :
مخازن بلند علاوه بر ذخیره آب فشار لازم در شبکه را نیز تامین می کنند.برای تامین ارتفاع لازم در این مخازن یا از بلندی ها و تپه ماهورهای اطراف شهر و روستا استفاده می گردد(مخازن زمینی بلند) و یا باکمک پایه های فلزی و بتن آرمه مخزن را در ارتفاع لازم می سازند(مخازن هوایی یا برج های آب).
محل مخازن : از نقطه نظر سیستم کار و موقعیت مخازن نسبت به شهر و روستا چند حالت ممکن است رخ دهد:
حالت نخست : محل تهیه آب یا تصفیه خانه و محل مناسب برای ایجاد مخزن در یک سوی شهر باشند.در این صورت آب از یک سو وارد مخزن شده و از سوی دیگر به سمت شهر و محل پخش آب جریان می یابد.در این حالت لوله برداشت و لوله تغذیه جدا از هم می باشند.
حالت دوم : محل تهیه آب در یک سوی شهر و محل مناسب برای ایجاد مخزن مثلاً بلندی های طبیعی که در طرف دیگر شهر قرار دارند ؛ باشد. در این صورت باید آب از درون شهر به سوی مخزن جریان یابد. یعنی در مواقی که مصرف آب در شهر کم است , آب اضافی از درون لوله های شهر به سمت مخزن جریان می یابد و در مواقعی که مصرف آب بیش از مقدار تهیه شده می باشد(حدود ظهر ها),جریان آب از هر دو سو وارد شهر می گردد.لذا لوله تغذیه و برداشت آب در مخزن در این حالت یکی بوده و جهت جریان آب در آن در ساعت های گوناگون شبانه روز تغییر می کند.
حالت سوم : موقعیت مخازن هوایی در صورتیکه شهر شیب چندانی نداشته باشد , از نظر تعادل در افت فشار ها و کم شدن
بلندی مخزن , مناسب تریت محل برای احداث آن وسط شهر می باشد.البته باید توجه داشت که انتخاب محل مخازن هوایی در وسط شهر اکثر اوقات از نظر شهر سازی و زیبایی شهر خوشایند نیست.
ارتفاع مخازن : ارتفاع مخازن باید به انداره باشد که در شبکه لوله کشی شهر و در برابر تمام خانه ها حداقل فشار لازم را برای مصرف کننده تامین نماید.این حداقل فشار در جدول زیر (جدول شماره 1) با توجه به بلندی ساختمان های موجود در شهر تعیین می شود.لذا هر چه فاصله مخزن تا آخرین مصرف کننده بیشتر و قطر لوله ها کمتر انتخاب گردند به علت بیشتر شدن افت فشار در مسیر جریان آب , باید ارتفاع مخزن بیشتر در نظر گرفته شود.
تعدادطبقه های ساختمان 1 2 3 4 5
ارتفاع ساختمان به متر 5 8 11 14 17
حداقل فشار مناسب بر حسب متر ارتفاع آب 24 28 32 36 40
3-2-1)- مخازن زمینی بلند:
این مخازن در روی تپه های پیرامون و یا درون شهر ساخته می شوند. برای ایمنی بیشتر در برابر گرما و سرما و عوامل دیگر کوشش می شود که با خاک برداری از زمین این مخازن درون زمین ساخته شوند و گاهی نیز برای ایمنی های نظامی در بابر حمله های هوایی و یا نگهداری زیبایی طبیعت این مخازن را در دل تپه ها و کوه ها می سازند.
الف) حجم و ابعاد مخازن زمینی بلند: حجم مخازن زمینی بلند را به علت ارزانی نسبی ساختمان آنها و برای تامین بیشتر در برابر نارسایی هایی مانند از کار افتادن پمپ و یا نوسان های پیش بینی نشده مربوط به رژیم تغذیه منبع , بیشتر از حداقل لازم برای تامین نوسان های مصرف شهر بر می گزینند.
حجم مخزن زمینی را بسته به بزرگی شهر حداقل 50 تا 100 درصد مصرف یک شبانه روز شهر انتخاب می کنند.در مقایسه با مخازن هوایی (برج های آب ) و بر خلاف آنها برای بیشتر کردن ایمنی شهر اضافه گرفتن حجم مخزن زمینی تا دو سه برابر مصرف شبانه روز نیز, تغییر چندانی در هزینه ساختمان آن ایجاد نمی کند.در تعیین حجم مخازن زمینی باید جمعیت 10 تا 25 سال آینده شهر مبنای محاسبه قرار گیرد و امکان گسترش آن را برای 50 سال آینده نیز پیش بینی نمود.همچنین بسته به بزرگی شهر باید حجم ذخیره ای برای آتش نشانی نیز پیش بینی نمود و بر حجم مخزن افزود. لذا مخازن زمینی با حجمی کمتر از 100 متر مکعب به ندرت ساخته می شوند. جدول زیر (جدول شماره 2) حداقل حجم مخازن زمینی و مقدار حجم ذخیره آتش نشانی را برابر استاندارد های کشور آلمان تعیین می نماید.
اضافه حجم لازم جهت آتش نشانی بر حسب متر مکعب حجم مخزن بر حسب درصد کل مصرف ماکزیمم روزانه جمعیت شهر به نفر
50 تا 200 100% کمتر از 2000
300 75% 3000 تا 5000
350 60% 5000 تا 10000
350 50% بیشتر از 10000
با توجه به (جدول شماره 2) حجم مخزن از رابطه( 3-1 ) به دست می آید :
V=a .Q^d max+V_f
که در رابطه بالا Q^d max ماکزیمم مصرف شبانه روزی شهر بر حسب متر مکعب و a درصدی است که از ستون دوم جدول شماره دو به دست می آید و V_f حجم رزروی است که برای آتش نشانی باید پیش بینی گردد.
ب)شکل مخازن زمینی بلند: با سطح زیر بنای ثابت, شکل دایره بزرگترین حجم را برای مخزن به وجود می آورد.لذا از دید اقتصادی بهتر است مخازن با حجم 300 تا 3000 متر مکعب را استوانه ای شکل بسازند.علاوه بر این از نظر مقاومت استاتیکی نیز شکل دایره ای اقتصادی تر می باشد. در مخازن کوچکتر از 300 متر مکعب به علت افزایش نسبی هزینه قالب بندی دایره ای شکل و در مخازن بزرگتر از 3000 متر مکعب به علت افزایش هزینه ساختمان سقف آنها, طرح مخازن مستطیل شکل ارزان تر می گردند.
نکته قابل توجه در طرح مخازن این است که در حجم های بزرگتر از 100 متر مکعب , باید حجم مذبور حداقل به دو قسمت تقسیم گردد تا بتوان در مواقع شستشو ویا تعمیر یک قسمت , از آب قسمت دیگر برای آبرسانی شهر استفاده نمود.
در مخازن استوانه ای ممکن است مخزن را به دو مخزن استوانه ای تو در تو تبدیل کرد که محور هر دو یکی بوده و حجم های برابری را بسازند.
عمق مخازن زمینی با توجه به حجم مخزن به دست آمده به شرح زیر تعیین مقدار می شود اگر :
- حجم مخزن تا 400 متر مکعب باشد عمق آن را 4- 5/2 انتخاب می کنند
- حجم مخزن 1500 – 400 متر مکعب باشد عمق آن را 5 – 4 متر رد نظر می گیرند.
- حجم مخزن بیشتر از 1500 متر مکعب باشد عمق آن را 5/6 – 5 متر در نظر می گیرند.
معمولاً نسبت طول به عرض را 2 به 1 انتخاب می نمایند.لذا خواهیم داشت:
A=V/h
: A سطح مخزن بر حسب متر مربع 2x . x = A
:Vحجم مخزن بر حسب متر مکعب x=√(A/2)
: h عمق مخزن بر حسب متر
2x : طول مخزن و x عرض مخزن می باشد.
ج)سیستم تغذیه و برداشت آب از مخازن زمینی بلند: در کنار مخازن زمینی پیش بینی اتاقک فرمان لازم می باشد.در این اتاقک شیر های مربوط به لوله های آبرسانی به مخزن , برداشت آب از مخزن در حالت معمولی و در حالت آتش نشانی و بالاخره شیر خالی کردن و شستشوی مخزن کار گذاشته می شوند.
- لوله های ورودی: موقعیت لوله های ورودی به مخزن و تعداد آنها با توجه به عدم ایجاد حجم راکد در مخزت تعیین می شود.بدین منظور لوله های ورودی و خروجی باید در دو قسمت مقابل و در دورترین فاصله نسبت به هم قرار گیرند.معمولاً ورود آب از بالا و خروج آن از کف انجام می شود.هر لوله ورودی به مخزن باید قبل از ورود مجهز به شیر قطع و وصل باشد و آن شیر در یک حوضچه مستقل قرار گیرد.در انتهای (خروجی) هر لوله ورودی یک شیر شناور نصب می شود تا جریان آب ورودی را در ارتفاع معینی قطع کند.
- لوله خروجی: این لوله در قسمت روبه روی لوله ورودی و در دورترین فاصله نسبت به آن قرار می گیرد.وضعیت لوله خروجی باید به گونه ای باشد که تخلیه حجم مفید مخزن را میسر سازد. برای جلوگیری از مکش هوا به داخل لوله خروجی , حداقل ارتفاع سطح آب از محور لوله خروجی نباید کمتر از دو برابر قطر لوله خروجی باشد.هر لوله خروجی بعد از مخزن باید مجهز به یک شیر قطع و وصل باشد و آن شیر در یک حوضچه مستقل قرار گیرد.به منظور جلوگیری از ورود رسوبات به داخل شبکه , دهانه خروجی باید به گونه ای قرار گیرد که فاصله لوله از کف کمتر از 15 سانتی متر نباشد.
- تجهیزات شستشوی مخزن:برای تخلیه کامل آب مخزن و شستشوی آن , مخزن باید مجهز به لوله تخلیه باشد. دهانه لوله تخلیه در حوضچه تخلیه قرار می گیرد.کف مخزن در حدود 1/100الی 1/500 به طرف حوضچه تخلیه شیب بندی می شود.هر لوله تخلیه باید در بیرون مخزن مجهز به شیر قطع و وصل باشد که این شیر معمولاً در حوضچه شیر لوله خروجی قرار می گیرد.
- تجهیزات سر ریز: سرریز برای کنترل حداکثر سطح آب در مواقع اضطراری به کار می رود و باید به گونه ای نصب شود که فاصله بین حداکثر سطح آب تا زیر سقف کمتر از 30 سانتی متر نباشد.قطر لوله سر ریز متناسب با جریان ورودی آب و معمولاً معادل لوله های ورودی و یا بیشتر از آنها در نظر گرفته می شود تا احتمال غرغاب شدن مخزن به وجود نیاید.در انتهای لوله سر ریز باید یک توری نصب شود تا از ورود اجسام و جانداران مزاحم به داخل مخزن جلوگیری به عمل آید.
- شیرآلات: در تاسیسات مخزن نصب چند شیر ضروری است که عبارتند از: شیر قطع و وصل پروانه ای روی هر لوله ورودی قبل از ورود به مخزن , شیر قطع و وصل پروانه ای روی هر لوله خروجی بیرون از مخزن , شیر قطع و وصل دروازه ای روی هر لوله تخلیه و بیرون از مخزن , شیر شنتور روی دهانه لوله ورودی مخزن.
- هواکش: برای تهویه داخل مخازن نصب تعدادی هواکش روی سقف هر مخزن ضروری است.شکل هواکش باید به گونه باشد که از ورود باران ,آلودگی ها وحشرات به داخل مخزن جلوگیری شود.بدین منظور شکل هواکش می تواند به صورت لوله با کلاهک مخروطی یا به صورت لوله سربرگردان مجهز به توری باشد.ارتفاع لوله هواکش از روی سطح بیرونی سقف مخزن باید به اندازه ای باشد که در مواقع بارش برف , انتهای دهانه هواکش در برف مدفون نشود.
- تجهیزات نشان دهنده سطح آب: جهت اطلاع از وضعیت سطح آب درون مخزن ,هر قسمت مخزن باید مجهز به نشان دهنده سطح آب باشد.این نشان دهنده ها می توانند به صورت مکانیکی با شناور مدرج یا الکترونیکی باشند
- زهکشی سقف و اطراف مخزن: سقف مخزن باید به نحوی زهکشی شود که آب روی سقف نگه داشته نشود.اطراف مخزن باید طوری شیب بندی و زهکشی شود که از ورود جریانات سطحی اطراف مخزن به شعاع 15 متری محوطه مخزن جلوگیری شود. در بسته به حجم مخزن , قطر وتعداد لوله های ورودی , قطر لوله سر ریز و تعداد هواکش با قطر 100 میلی متری مشخص شده است.
3-2-2) مخازن هوایی (برج های آب) :
این مخازن که از فولاد و یا بتن آرمه ساخته می شوند روی پایه هایی قرار می گیرند و بلندی آنها فشار لازم در شبکه پخش آب و حجم آنها نوسان های مصرف آبرا در شهر تامین می نماید.الف)حجم و ابعادمخازن هوایی :در انتخاب حجم مخازن هوایی بر خلاف مخازن زمینی بلند باید خیلی صرفه جویی کرد زیرا اضافه شدن حجم در این مخازن بر هزینه ساختمان آن بسیار می افزاید و حتی در حجم های بسیار زیاد ساختمان آنها را با اشکالات فنی و اقتصاذی زیادی مواجه می سازد.لذا ساختمان مخازن بیش از 1000 متر مکعب به ندرت طرح می گردند. معمولاًتا حجم های 300 متر مکعبی , مخازن را از جنس فلز و از 300 تا 1000 متر مکعب را از بتن می سازند و در حجم های بزرگتر از 200 متر مکعب انتخاب دو مخزن تو در تو لازم می باشد.
برای حجم های کوچکتر از 100 متر مکعب نیز طرح مخازن هوایی که بتواند آبرسانی شهرکی را تامین نماید , گاهی اقتصادی نیست.در این موارد می توان به جای مخازن هوایی کوچک از مخازن زیر فشار استفاده نمود.
هزینه ساختمان مخازن هوایی 3 تا 5 برابر مخازن زمینی هم حجم آنها می باشد. بدین جهت طرح مخازن هوایی تنها وقتی درست است که دسترسی به بلندی های طبیعی در نزدیکی شهر امکان پذیر نباشد.
در مخازن هوایی به علت های اقتصادی ذخیره آتش نشانی را حدود نصف اعداد جدول شماره دو و معمولاً 150 متر مکعب آب یعنی مصرف دو ساعت کار یک ماشین آتش تشانی انتخاب می کنند و لذا حجم کلی مخزن از رابطه به دست می آید.
حجم مخازن هوایی را به علت اینکه گسترش پذیر نیستند برای 25 تا 50 سال آینده شهر در نظر می گیرند.
ابعاد مخازن هوایی از طریق فرمول های زیر قابل محاسبه است.
- برای مخازن با حجم 100 تا 500 متر مکعبی از فرمول زیر استفاده می شود:
D = 5 + V/100
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:Dقطر مخزن بر حسب متر
- برای مخازن با حجم 500 تا 1000 متر مکعبی از فرمول زیر استفاده می شود D = 8+ V/250
:V حجم مخزن بر حسب متر مکعب
:Dقطر مخزن بر حسب متر
بعد از محاسبه قطر مخزن , ارتفاع آن را محاسبه می نماییم :
V = (πd^2 h)/4
h = (V . 4)/(πd^2 )
:V حجم مخزن
:d قطر مخزن
π: عدد پی (14/3)
:h ارتفاع مخزن (به ازای 2/0 متر فضای مرده برای کف مخزن و 3/0 متر فضای آزاد برای روی سطح آب )
ب)شکل مخازن هوایی : معمولاً این مخازن به صورت استوانه ای و کف آن یا به صورت نیم کره و یا مخروطی و گاهی مسطح طرح می گردند.در صورتیکه مخزن از دو قسمت تشکیل گردد , باید تقسیم بندی آن طوری باشد که در موقع خالی بودن یک قسمت و پر بودن قسمت دیگر بارگذاری روی پایه ها حالت تقارن خود را از دست ندهد.لذا بهتر است اینگونه مخازن را به صورت دو استوانه تو در تو طرح نمود.
اتاقک فرمان برای این مخازن در روی زمین و زیر برج (مخزن) پیش بینی می گردد.از نظر گرما و سرما باید این مخازن دو جداره ساخته شوند و در بین دو جدار موادعایق گرما در نظر گرفته شود.در مخازن فلزی در صورت امکان بهتر است بین دو دیواره بیرونی و درونی مخزن فضایی قابل راه رفتن قرار داد تا علاوه بر ایجاد عایق نامبرده آب های نشت شده از بدنه مخزن را نیز به لوله تخلیه هدایت کرده و در ضمن در مواقع تعمیر نیز قابل استفاده برای رفت و آمد کارگران باشد.برای برقراری جریان هوای تازه در مخزن لازم دریچه هایی در سقف آن پیش بینی نمود.سیستم لوله کشی مخازن هوایی نظیر مخازن زمینی بلند می باشد.
ج)سیستم تغذیه و برداشت آب از مخازن پایه دار : در مخازن هوایی لوله های زیر بین مخزن و اتاقک فرمان قرار می گیرند:
- لوله ای برای تغذیه مخزن که آب را به 20 سانتی متر بالاتر ار سرریز (بلندترین سطح آب در مخزن) می رساند.
- لوله ای برای برداشت آب در حالت معمولی و لوله ای برای حالت آتش نشانی.این دو لوله به وسیله شیر الکتریکی از هم جدا می گردند و فرمان این شیر در اتاقک فرمان قرار دارد.سوپاپ لوله برداشت باید 20 سانتی متر بالاتر از کف مخزن قرار گیرد تا مواد ته نشین شده در مخزن به درون لوله آبرسانی شهر وارد نگردد.
- لوله های نامبرده را می توان به کمک یک شیر یک طرفه تبدیل به یک لوله نمود؛در این صورت در لوله نامبرده جهت حرکت آب در لحظه های گوناگون تغییر می کند.
- لوله ای برای سرریز و لوله ای برای خالی کردن و شستشوی مخزن لازم می باشد.مجرای شستشوی مخزن باید در پایین ترین نقطه کف مخزن قرار گیرد.
عایق کاری لوله های نامبرده در برابر یخبندان نباید فراموش گردد.گاهی از دید زیبایی و تامین عایق کاری ممکن است تمام لوله های بین مخزن و اتاقک فرمان با لوله ای حجیم تر پوشش دهند.
3-3) مخازن زیر فشار (مخازن آب با هوای فشرده) :
برای آبرسانی شهرک های کوچک که حجم مخزن هوایی خیلی کم می باشد , طرح برج آب اقتصادی نیست و نیز برای آبرسانی درون ساختمان هایی که فشار شبکه آبرسانی شهر نیازهای آنها را برآورده نمی کند , کاربرد مخازن بلند به علل اقتصادی و بهداشتی مناسب نیست.
استفاده مستقیم از پمپ برای آبرسانی نیز در حالت های نامبرده به علت خاموش و روشن شدن پی در پی آن و ایجاد ضربه قوچ در شبکه و نیز به علت تغییر فشار های ناخوشایند , برای مصرف کننده ایجادناراحتی می کند.
برای کاهش دادن تعداد خاموش و روشن شدن های پمپ و کاستن مقدار نوسان های فشار در شبکه از مخازن زیر فشار استفاده می شود.
4.شبکه پخش آب در شهر شامل شاه لوله ها , لوله های اصلی و فرعی ,شیر ها وقطعه های اتصالی از قبیل زانویی ها و سه راهی ها و غیره:
شبکه لوله کشی قسمتی از تاسیسات آبرسانی شهری است که وظیفه رساندن آب را به مصرف کنندگان برعهده دارد.شبکه توزیع آب حدود50تا90درصد تمام هزینه های تاسیسات آبرسانی را به خود اختصاص می دهد و به دلیل اینکه تغییردادن لوله های یک شبکه پس از چند سال کار،هزینه بالایی لازم دارد در محاسبه لوله کشی جمعیت 25تا40 سال آینده شهر را مبنای طرح قرار می دهند.از نظر نوع سیستم توزیع و پخش آب شبکه لوله کشی بر3گونه طراحی می گردد:
الف-شبکه های شاخه ای: در این شبکه ها که برابر که مانند درخت هستند و ساده ترین نوع شبکه توزیع میباشد،جریان آب درآنها همیشه یک طرفه و از سوی شاخه بزرگتر به کوچکتر است ،محاسبات این نوع شبکه ها ساده اما عیب مهم آنها اینست که هنگام شکستن قطعه لوله ای همه بخش های بعد از آن بی آب میشوندو همچنین در انتهای شاخه ها ممکن است آب به علت کمی مصرف مدتی ساکن بماند که در تغییر مزه آن بی تاثیر نیست و نیز در این شبکه ها به علت یکسو بودن همیشگی جریان و کم بودن سرعت در شاخه های فرعی, امکان ته نشینی بیشتری وجود دارد.
ب- شبکه های حلقه ای:اگر انتهای شبکه شاخه ای را بهم وصل نماییم شبکه حلقه ای بدست می آید در این شبکه ها جریان آب درلوله ها بسته به جای مصرف تغییرجهت داده و هر ناحیه از دو یا چند جهت امکان آبرسانی دارد،این شبکه ها عیوب شبکه شاخه ای را ندارد ولی هزینه ساختمان انها بیشتر ومحاسبه آنها بعلت مشخص نبودن جهت جریان در لوله ها مشکل تر است.
ج-شبکه های درهم: چون ساختمان شبکه های حلقه ای خیلی گران تمام می شود و همیشه و همه جا به صرفه نیست لذادرعمل برای شبکه های لوله کشی شهرها از ترکیب هردو شبکه استفاده می شود.
انواع شبکه های لوله کشی آب
(4-1)-مبانی طراحی شبکه های توزیع آب :الف)محدودیت سرعت- محدودیت سرعت از دو نقطه نظر مورد توجه می باشد:
نخست- ماکزیمم سرعت:سرعت نباید در لوله های شبکه های آبرسانی از حدودی بیشتر گردد, زیرا زیاد شدن سرعت از یک سو سبب افزایش افت فشار و در نتیجه گران شدن تاسیسات ایجاد فشار در شبکه(مخزن بلند و یا پمپ) می گردد و از سوی دیگر مقدار نیروی نامبرده در زانویی ها و سه راهی ها در اثر تغییر جهت سرعت, زیاد گشته و امکان شکسته شدن لوله به ویژه در محل اتصالات زیاد می گردد.همچنین به علت احتمال بسته شدن ناگهانی قسمتی از لوله در بقیه قسمنت های شبکه, سبب ایجاد ضربه قوچ شده و ممکن است سبب شکستن لوله ها در قسمت های دیگر شود.
در استاندارد های کشور آلمان محدودهای سرعت به صورت زیر می باشد:
ماکزیمم سرعت در لوله های با قطر کوچکتر از 500 میلیمتر در حالت معمولی 2 و در حالت موقتی آتش نشانی 2.5 متر بر ثانیه, و در لوله هایی با قطری برابر و یا بزرگتر از 500 میلیمتر حداکثر سرعت 1.5 متر بر ثانیه می باشد.
گزینش سرعت های بیش از این لازم می سازد که در نقاط ضعیف شبکه با ساختن بلوکه های بتنی نیروی ناشی از تغییر مقدار حرکت را خنثی کنند.البته برای شاه لوله ها به علت زیاد بودن دبی, پییش بینی بلوکه های بتنی نامبرده همیشه لازم است.
دوم- حداقل سرعت آب در لوله های شبکه آبرسانی بدین جهت در نظر گرفته می شود که در اثر سرعت کم, رسوب در لوله بیشتر ایجاد میگردد و گازهای محلول در آب به صورت حباب هایی در می آیند که در قسمت های بلند شبکه جمع شده و جریان آب را مختل می سازند.به علاوه کمی سرعت و یا استادن آب سبب تغییر مزه آب شده و از گوارایی آن می کاهد.
مینیمم سرعت آب در شبکه شهری 0.3 متر در ثانیه می باشد.البته باید توجه داشت که پیروی از این حداقل در لوله های فرعی همیشه امکان پذیر نیست و لذا کوشش می شود تا آنجا که ممکن است حداقل مذبور حفظ گردد.
سرعت های اقتصادی: چنانچه در بخش یک مورد توجه قرار گرفت در یک شبکه شهری و برای دبی ثابت, هزینه کارگذاری لوله و ساختمان تاسیسات ایجاد فشار در شبکه با هم نسبت عکس دارند.بسته به قیمت های روز در بازار و به ازای یک قطر معینی از لوله, مجموع هزینه های نامبرده مینیمم می گردد که آن را اقتصادی می نامند و سرعت مربوط به آن قطر را نیز به سرعت اقتصادی می شناسند و لذا سرعت اقتصادی ثابت نبوده و همیشه تابع قیمت های روز در بازار می باشد.به طور تقریبی و تجربی سرعت اقتصادی در لوله های تا قطر 500 میلیمتر ,0.6 تا 1.2 متر در ثانیه تغییر می کند.بهترین سرعت ها حدود 0.8 تا 1 متر در ثانیه می باشند.برای لوله های بزرگتر سرعت اقتصادی ممکن است از 1.2 متر در ثانیه بیشتر گردد.
در اینجا لازم به تذکر است که سرعت آب در لوله کشی درون ساختمان ها به علت کوچکی قطر لوله ها می تواند بیشتر انتخاب گردد و تابع محدودیت های نامبرده نمی باشد.
ب) محدودیت فشار:حداکثر فشار در شبکه لوله کشی شهر باید به اندازه ای باشد که لوله ها بتوانند آن را مخصوصاً در محل اتصال ها تحمل نمایند.خطر ترکیدن لوله ها در نقاط پست و گود شهر در نیمه شبها که جریان آب در شبکه ناچیز و در نتیجه افت فشار به حداقل و فشار به حداکثر خود می رسد, بیشتر می گردد.
لوله های فولادی گالوانیزه معولی را کارخانه ها برای تحمل فشار های 10 تا 12 اتمسفر می سازند(در کارخانه ها تا 50 اتمسفر آزمایش نهایی می گردد). ولی با توجه به امکان پوسیدگی آنها پس از کار گذاری و وجود نقاط ضعف در شبکه, در محل های اتصال حداکثر فشار آب را در شبکه های شهری 6 اتمسفر انتخاب می نمایند.در حالت های خاص و در قسمت های محدودی از شهر می توان آن را تا 8 اتمسفر نیز اختیار نمود.در ایران انتخاب قشار حداکثری بیش از 6 اتمسفر صحیح نیست, زیرا اضافه شدن فشار در شبکه علاوه بر کاهش ایمنی در برابر شکسته شدن لوله, مقدار نشت و درصد هدر رفت آب را نیز به شدت افزایش می دهد.
حداقل فشار آب در شبکه شهری باید به اندازه ای باشد که در ابتدای هر انشعاب فشار لازم برای مصرف کننده در لوله وجود داشته باشد.این فشار باید نیاز های زیر را تامین نماید:
افت فشار های پدید آمده درلوله انشعاب،شیر ورودی به خانه و شیر یکطرفه را جبران نماید.
افت فشار پدید آمده در کنتورآب را جران نماید که این افت فشار برخلاف افت فشارهای موضعی دیگر معمولا زیاد و در حدود 2 تا 6 متر و گاهی تا 10 متر ارتفاع آب می رسد.
افت فشار لوله کشی درون هر طبقه از ساختمان را جبران کند(1تا 4 متر ارتفاع آب ).
بلندی طبقه های خانه ها را جبران کند(طبقه اول 4 متر و بقیه طبقه ها هر یک 3 متر).
در شیری واقع در ارتفاعی دو متر بالاتر از آخرین طبقه حداقل 5 متر فشار در آب بماند.
به طور تقریبی می توان حداقل فشار لازم در شبکه را برای شهر های بزرگ 4, برای شهر های کوچک 3 و برای دهات 2 اتمسفر اختیار نمود.به علت محدودیت های نامبرده شرکت های آب و فاضلاب معمولاً تامین فشار کافی در ساختمان های بیش ار 5 طبقه را متعهد نمی گردند و فشار لازم در شبکه درونی آسمانخراشها باید توسط تاسیسات ایجاد فشار ویژه ای تامین گردد.
حداقل فشار لازم در شبکه برای استفاده مامورین آتش نشانی در صورتیکه برای پاشیدن آب روی آتش مستقیماً از شبکه برداشت شود 4 اتمسفر است و در صورتیکه از پمپ ماشین های آب پاش و یا پمپ های دستی برای خاموش کردن آتش استفاده شود می تواند حداقل فشار در حین برداشت آب تا حدود 1.5 اتمسفر کاهش یابد.
ج)محدودیت قطر لوله: چنانکه پیش از این اشاره شد در مواقع آتش سوزی, ناگهان در بعضی از لوله های شهر دبی جریان افزایش می یابد.این افزایش دبی ها در لوله های اصلی و بزرگ تاثیر چندانی ندارد ولی در لوله های فرعی و کوچک سبب افت فشار زیادی می گردند که ممکن است منجر به ایجاد مکش در لوله های آن قسمت از شهر گردد.برای جلوگیری از این پدیده حداقل قطر لوله را در شبکه شبکه شهری 100 میلیمتر انتخاب می کنند و تنها در کوچه های خیلی فرعی انتخاب قطر 80 میلی متر هم مجاز است.البته انتخاب چنین قطرهایی در لوله های بسیار فرعی سبب می شود که سرعت بدون آتش سوزی از حداقل تعیین شده کمتر گردد و این موضوع اجتناب ناپذیر است.
(4-2)- اجزای شبکه لوله کشی آب:
(4-2-1)-لوله ها: لوله ها قسمت اصلی شبکه پخش آب در شهر را تشکیل می دهند که علاوه بر پخش آب باید بسته به نیاز شبکه فشار های گوناگونی را نیز تحمل نمایند.
لوله هایی که امروزه در آبرسانی بکار می روند به ترتیب اهمیت و دامنه کاربرد عبارتند از:
الف-لوله های چدنی:لوله های چدنی را با قطر 40تا1200میلیمتر می سازند. در ایران این لوله ها با قطر 80تا700میلیمتر با روش گریز از مرکزتولید می گردد.
این لوله ها برابر استاندارد ISOدر سه کلاس به بازار عرضه می شود.کلاس LAبرای تحمل فشارهای کم در شبکه حدود8 اتمسفرساخته می شوند و پیش از بیرون آمدن از کارخانه با فشار 20اتمسفر آزمایش می گردند.کلاس A برای تحمل فشار های متوسط در آبرسانی حدود10اتمسفر ساخته می شوند ودر کارخانه زیرآزمایش فشای 25اتمسفررار میگیرند،کلاسBبرای تحمل فشار زیاد تا 12 اتمسفربوده و در کارخانه با فشار30 اتمسفر آزمیش می گردند.
لوله های چدنی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارندولی با این وجود برای بالا بردن مقاومت مزبوررویه درونی آنها با ملاتی از ماسه و سیمان و روه بیرونی با قیر اندود می کنند. اتصال این لوله ها در قطر کوچک به صورت نر و ماده و برای آب بندی جای اتصالات حلقه لاستیکی را درون مادگی قرار داده و با پیچاندن حلقه چدنی دنده داربه درون مادگی باعث فشرده شدن حلقه لاستیکی و آب بند شدنلوله می شوند.
لوله های چدنی معمولی که ترکیب های گرافیت در آنها بصورت وزنی شکل میباشندشکننده بوده که برای برطرف کردن این عیب و افزایش تحمل فشا آنها رکب های گرافیت را بصورت کروی در می آورند که به لوله های چدنی داکتیل معروف اند و با حفظ خواص لوله های چدنی تا حدی خاصیت الاستیک به لوله داده و ابلیت تحمل فشار لوله را افزایش می دهد.
ب- لوله های آزبست سیمان: پس از لوله های چدنی بیشترین کاربرد را در آبرسانی داشته و از10تا15درصد وزنی الیاف آزبست و 85تا90درصدسیمان ساخته شده اند.
به علت خطرات ناشی از جداشدن الیاف آزبست کاربرد آن کاسته شده و دربرخی کشورها به کلی ممنوع است.
مقاومت این لوله هادر برابر خوردگی از لوله های بتنی بیشتر است و در صورتی که زمین مورد نظر دارای سولفاته باشد در ساختمان این لوله ها از سیمان ضدسولفات استفاده می شود.
ج-لوله های بتن آرمه: این لوله ها معمولا برای قطرهای بیشتر از 500میلیمترو فشارهای درونی کمتر از10اتمسفر ساخته می شوند.
از این لوله ها بیشتر در ایجاد شاه لوله ها استفاده می شودو غالبا بصورت نر و ماده متصل می گردند که ممکن است با ساختن حله ای بتن آرمه در اطراف جای اتصال نقطه پیوند آبندی شود.
د- لوله های فولادی:لوله های فولادی را با قطرهای 6تا3000 میلیمتر می سازند و به 2دسته تقسیم میشوند:
1-لوله های بی جوش طولی که با روش نورد ساخته شده که برای لوله های با قطر کم(500) میلیمتراست.
2-لوله های با جوش طولی که از خم کردن ورق های فولادی و جوش دادن آنها بدست می آیند،ازاین روش برای لوله های بزرگ با قطر 300تا3000میلیمتر استفاده می شود.
لوله های فولادی برخلاف لوله های چدنی شکننده نیست ولی مقاومت آنها در برابر آب های خورنده کمتر است لذا بایستی برای آنها قشری به عنوان عایق وجود داشته باشد.
ه-لوله های پلاستیکی: لوله های پلاستیکی با فراورده های پتروشیمی ساخته میشوند. بیشترین و مهمترین مواد به کار رفته در ساختمان این لوله ها عبارتند از پلی وینیل کلراید(PVC) و یا پلی اتیلن (PE).این موادترموپلاستیک هستندیعنی براثر حرارت دیدن نرم و پس از سردشدن شکل قالب را به خود می گیرند.رنگ آنها بیشتر خاکستری است.لوله های پلاستیکی دارای وزن کم بوده لذا حمل ان به راحتی میباشد.لوله های PVC سخت و شکننده, ولی لوله های PE در دو نوع سخت و شکننده و نوع نرم و خم پذیر به بازار عرضه می گردند.ناصافی دیواره درونی لوله های پلاستیکی ناچیز و لذا افت فشار هیدرولیکی در آنها نسبت به لوله های دیگر کمتر است.
این لوله ها عایق الکتریسیته بوده و در برابر آب های خورنده مقاومت خوبی نشان می دهند.لوله های پلاستیکی PVC طبق استاندارد سازمان برنامه و استاندارد ISO به سه گروه با فشار های 6 , 10 و16 اتمسفر تقسیم می گردند.
لوله های پلی اتیلن نوع سخت در ایران با قطر های خارجی 10 تا 400 میلیمتر و برای فشار های کار 2.5, 3.2, 4, 6 و 10 اتمسفر ساخته می شوند.برای آبرسانی, بیشتر لوله های 6 و 10 اتمسفری آن به کار می روند.پلی اتیلن نرم با قطر های خارجی 10 تا 160 میلی متر و برای فشارهای 2.5 تا 10 اتمسفر ساخته می شوند.
(4-2-2)- پیوندی ها: پیوندی ها قطعه هایی هستند مانند زانویی با زوایای گوناگون،سه راهی ها،چهارراهی ها،تبدیل ها،درپوش ها،کلاهک ها،مهره و ماسوره ها و غیره.جنس چنین قطعه هایی ممولا چدنی بوده و باید از نظر قدرت تحمل فشار متناسب با لوله هایی باشندکه به آنها می پیوندند.در شبکه هایی که از لوله های پلاستیکی یا فولادی استفاده می شود, این قطعه ها علاوه بر جنس چدن ممکن است از جنس فولاد و یا پلاستیک هم ساخته شوند.
(4-2-3) شیرها: شیرها دستگاه هایی هستند که برای قطع و وصل, تنظیم و یا برداشت آب و هوا در خط انتقال و شبکه به کار برده می شوند.تعداد آنها بسیار زیاد و بسته به نوع کار آنها عبارتند از:
الف)شیرهای قطع و وصل- شیرهای قطع و وصل برای قطع جریان در یک لوله یا سمتی از خط انتقال بکار می روندو بایستی به تعداد کافی در نقاط مورد لزوم یعنی پس از هرانشعاب پیش بینی گردند.در طول های مستقیم و بی انشعاب دست کم هر300تا500متر یک شیر باید پیش بینی نمودتا حین تعمیر لوله لازم نباشد که همه لوله را از آب خالی و دوباره پر نمود.این شیرها در خط های انتقال معمولا کشویی یا پروانه ای می باشند.
ب)شیرهای آتش نشانی- شیرهای آتش نشانی و یا هیدرانت ها برای برداشت آب توسط مامورین آتش نشانی پیش بینی
می گردند.با توجه به درازای شیلنگ های برزنتی اداره های آتش نشانی فاصله شیرها از هم باید 100 تا 150 متر باشد.محل آنها کنار پیاده رو ها و به فاصله 50 سانتی متر از سواره رو ونزدیک چهارراه ها می باشداین شیرها به دو گونه روی زمینی و زیر زمینی ساخته می شوند.
ج)شیرهای یک طرفه- این شیرها برای یک طرفه کردن جریان آب در لوله ها به کار می روند.موارد کاربرد این شیر ها در شبکه آبرسانی در شهر بسیار مهم و مهمترین آنها در انشهاب خانه ها است.
وجود این شیر سبب می گردد تا در مواقعی که فشار در شبکه شهر کاهش می یابد, آب شبکه درونی ساختمان به شبکه شهر باز نگردد.این موضوع علاوه بر مراعات جنبه های بهداشتی برای جلوگیری از ورود هوا به درون شبکه شهری لازم می باشد.کاربرد دیگر این شیرها در تلمبه خانه ها و بعد از پمپ می باشد تا در مواقع خاموشی های ناگهانی از بازگشت آب به درون پمپ جلوگیری شود.
د)شیرهای کنترل خودکار- این گونه شیرها در محل هایی کار گذاشته می شوندکه هدف کنترل و تنظیم خود به خودی جریان آب در لوله باشد.این کنترل و تنظیم خودکار ممکن است شامل دبی, فشار و سرعت جریان آب در لوله باشد.مهمترین انواع شیرهای کنترل خودکار عبارتنداز:
1-شیرفشارشکن: در نقاطی که فشار از حد مجاز بیشتر است قرار می گیرند.مثلاً در شهرهایی که دارای شیب زیادی می باشند, در نقاط پست شهر فشار آب از حدود مجاز برای لوله ها بیشتر گردیده و باعث صدمه زدن و ترکیدن لوله های ضعیف در آن قسمت می گردد.
2-شیرنگهدارنده فشار: شیرنگهدارنده فشار که در جاهایی که هدف جلوگیری از کاهش فشار زیاد است نصب می شوند مانند محل برداشت آب یک انشعاب که باعث کاهش فشار زیاد در شاه لوله و عدم تامین فشار لازم برای مصرف کنندگان گرددو با نصب این شیر در ابتدای انشعاب مانع کاهش بی رویه فشار در لوله اصلی می شوند.
3-شیر اطمینان:به هنگام بالا رفتن فشار در لوله بیش از حد مجاز،این شیر باز شده و آب به صورت پساب به بیرون از شبکه می ریزد.این نوع شیرها در ایستگاه های پمپاژ و برای خنثی کردن ضربه قوچ کارگذارده می شوند و غالباً در موقع باز شدن آب دوباره به مخزن برداشت آب یا کانال فاضلاب منتقل می شود.
4-شیر کنترل دبی: شیر های کنترل دبی بر دو گونه اند.یک نوع آن با دبی ثابت تنظیم شده یعنی اگر دبی از مقدار ثابت بیشتر شود بسته و اگر کمتر شود باز می شوند. نوع دیگر مقدار دبی ثابت را میتوان با دست تغییر داد و یا با فرمانی از راه دور آن را برای هر دبی تنظیم کرد.
5-شیر کنترل سطح آب: این شیرها که به نام شیرهای شناور نیز معروفندبرای کنترل سطح آب در مخازن ذخیره
آب,به ویژه مخازن هوایی به کار می روند.این شیر ها با قطرهایی از 40 تا 300 میلیمتر در بازار یافت میشوند.
6-شیر کنترل ارتفاع:کار این شیر مانند شیر شناور می باشد با این تفاوت که محل کار گذاردن آن می تواند دور از سطح آب در مخزن باشد. با تغییر ارتفاع آب در مخزن و با فشار استاتیکی که به شیر وارد می شود شیر بصورت خودکار باز و بسته می شود.یکی از موارد کاربرد این شیر روی لوله ورودی به مخازن زمینی است که برای جلوگیری از به هدر رفتن آب از راه سر ریز مخزن کار گذارده می شود.
ه)شیرهای هواگیر- ممکن است بعلت مکش هایی در لوله ها هوا وارد شود و یا بخشی از هوای محلول در آب بعلت سرعت پایین آب در برخی نقاط بصورت حباب از آب جدا شده و فضاهایی از هوا در لوله ایجاد شود و سبب مختل شدن جریان گردند.لذا در نقاط بلند شبکه لوله کشی شهری, باید تاسیساتی پیش بینی نمود که در ضمن آب بندی هوای نام برده را از لوله بیرون کند.
و)شیرهای شستشو- ذرات ریز ماسه و نیز ذرات ناشی از کنده شدن مواد ته نشین شده درون لوله ها به علت وزن زیاد خود به نقاط گود شبکه رانده شده و در آنجا جمع می گردند.لذا در این نقاط باید شیر هایی جهت تخلیه مواد جامد مذبور و شستشوی لوله کار گذاشت.
ز)شیرهای برداشت همگانی آب- در شهر هایی که به عللی تمام مردم قادر به گرفتن انشعاب از شبکه لوله کشی آب نیستند و نیز در گذرگاه های پر رفت و آمد بیرون شهر جهت استفاده مسافرین, قرار دادن این شیرها ضروری است.باز و بسته شدن این شیرها باید به صورت فشاری انجام گیرد تا از هدر رفتن آب جلوگیری شود.
گردآورنده:جلیل لکزیان
منابع:
1- محمد تقی منزوی.آبرسانی شهری, انتشارات دانشگاه تهران,چاپ هشتم 13752- حسن امیر بیگی.اصول تصفیه و بهداشت آب, انتشارات اندیشه رفیع, چاپ دوم 1385
سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS)
مهندسی رودخانه
نانو مواد و تصفیه آب : فرصت ها و چالش ها
کدورت و مواد معلق در تصفیه خانه آب
تصفیه خانه های هوازی
نگاهی اجمالی بر پنج تصفیه خانه آب تهران
تولید و بسته بندی آب معدنی
قلیائیت
مديريت پسابهابه روش حمام شيخ بهايي و تصفيه فاضلاب در مبدا منازل
تصفيه ايمهاف تانك بجاي تصفيه فاضلاب شهري (سامانه اگو) در كشور چين
نمونه برآورد نياز آبي براي يك منطقه