הלם מים
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
הלם מים היא תופעה של הווצרות גל לחץ בצינור עקב שינוי מהיר בזרימה. תופעה כזו יכולה להתרחש עקב סגירת מגוף מהירה או עקב פתיחה מהירה של המגוף. גל ההלם מתפשט בצינור ממקום ההפרעה כמו המגוף עד קצה הצינור כמו מיכל או מאגר ובחזרה. התופעה נקראת הלם מים אבל היא אופיינית לכל זורם. עליית הלחץ בקו תלוייה בצפיפות הזורם לכן היא משמעותית כאשר הזורם הוא נוזל כמו מים למשל. גל הלחץ בצינור עלול לגרום נזק המתבטא בקפיצה או ברעידה של הצינור ותתכן גם פריצה של הצינור. גל הלחץ דועך עם הזמן בגלל החיכוך בזרימה ובגלל אובדן אנרגייה בפעולת הזורם על הצינור.
תוכן עניינים |
[עריכה] הלם מים בחיי היום-יום
ניתן להבחין לפעמים בהלמי מים קטנים גם במערכת חלוקת המים העירונית ובמערכת המים הביתית. אלה נובעים משינויים בזרימה עקב פתיחה או סגירה מהירים של ברזים ועקב שימוש או הפסקת השימוש במים במכשירים ביתיים כמו מדיח כלים ואו מכונת כביסה וכדומה. הכלל הוא שכאשר הצינור ארוך וזורם בו נוזל, צריך לסגור את הברז לאט כדי למנוע את תופעת הלם המים העלולה להיות הרסנית. מנתונים בסיסיים של הזורם והצינור ניתן לחשב את הזמן הקריטי שסגירה או פתיחת מגוף יגרמו לגל לחץ וגם את שיעורו אפשר לחשב. בקווי נפט גולמי או בקווי דלק שאורכם עשוי להיות מאות עד אלפי קילומטר, חשוב מאוד לדעת את זמן הסגירה הקריטי.
[עריכה] מושגים
אם שינוי המהירות מתבצע בזמן קצר או שווה לזמן הקריטי תתקיים תופעת הלם המים. אם השינוי מתרחש בזמן הארוך פי חמש מהזמן הקריטי, ההשפעה זניחה. כדי להעריך את ההשפעה בזמן הקרוב לזמן הקריטי הפתרון הוא גרפי - אנליטי ואו פתרון נומרי המפורט בספרים המוצגים ברשימה לקריאה נוספת למשל ובספרים נוספים. הזמן הקריטי הוא פרק הזמן שגל הלחץ עושה את הדרך לאורך הצינור הלוך ושוב ממקום ההפרעה עד קצה הקו ובחזרה.
הזמן הקריטי לקיום התופעה:
- t - הזמן הקריטי
- L - אורך הצינור ממקום השינוי במהירות עד קצה הקו
- a - מהירות גל הלחץ לאורך הצינור
מהירות גל הלחץ נתונת על ידי הביטוי:
- Ev - האלסטיות של הנוזל הגמישות של הנוזל
- ρ - צפיפות הנוזל
- D - קוטר הצינור
- e - עובי הדופן של הצינור
- E - מודול האלסטיות של הצינור,הגמישות של הצינור
מהירות גל הלחץ בקרוב טוב בצינור מתכת דק דופן היא:
מהירות גל הלחץ של מים הלחץ בצינור פלדה הוא בסביבות 1000 עד 1200 מטר בשנייה.
מהירות גל הלחץ של קיטור בלחץ נמוך בצינור פלדה הוא בסביבות 500 מטר בשנייה.
עליית הלחץ בצינור במונחים של עומד נוזל (הלחץ מתבטא בעמוד נוזל):
- P - הלחץ בצינור במושגים של עומד נוזל
- g - תאוצת הכובד
- v - שינוי מהירות הזרימה בצינור
- a - מהירות גל הלחץ
כאשר המים זרמו במהירות של 2 מטר בשנייה והמגוף נסגר במהירות, שעור עליית הלחץ הוא 200 מטר מים שהם כ-20 בר, בערך 20 אטמוספרות.
[עריכה] פתרונות
- סגירת מגופים איטית וגם פתיחתם לאט.
- מיכלי ריסון הרוכבים על הצינור וכוללים כרית אוויר או כרית גז בחלק העליון של המיכל.
- צינורות אנכיים פתוחים לאוויר אם הלחץ לא גבוה ואם הזורם יכול להיות חשוף לאוויר.
- שסתומי אוויר דו כווניים המכניסים אוויר לצינור כאשר נוצרת בו ריקנות או פורקים נוזל כאשר הלחץ גבוה.
- התקנת גלגל תנופה במשאבה שימנע הדממה מהירה בנפילת רשת החשמל.
- מערכת מגופים מפוקדים להפניית הזרימה לתוואי חלופי לשמירת המהירות בקו עד המגוף.
[עריכה] תופעות דומות
- הלם ב זרימה דו פאזית של גז ונוזל. בזרימה זו פאזית עלולה להווצר הפרדה בין הפאזה הנוזלית לבין הפאזה הגזית. תלוי בכמויות ובמהירויות החלקיות של כל פאזה, עלול להווצר מצב שהנוזל נע בצינור במהירות הגבוהה של הגז ומכה בקשתות הצינור או בברזים סגורים או בציוד בקצה הקו כמו מיכל. לפעמים משתמשים בביטוי הלם מים למרות שהמנגנון שונה. בתכנון של קווים בזרימה דו פאזית משתדלים למנוע מצב כזה.
- הלם כתוצאה מרתיחה מהירה כאשר נוצר מגע בין גז או זורם חם לבין נוזל קר שיכול לרתוח. תופעה זו אופיינית בקווי קיטור הפוגשים קונדנסט קר או נוזל קר. כתוצאה מהמפגש מתבצעת רתיחה מהירה של הנוזל הקר המתפשט במהירות רבה בדומה לפיצוץ של חומר נפץ. בתופעה הזו שומעים רעש חזק הדומה לפעמים לסופת רעמים. גם בתופעה הזו משתמשים לעיתים במונח הלם מים למרות שהמנגנון שונה. זו הסיבה שבדרך כלל מקפידים לנקז קוי קיטור וקווי גז חם המכילים נוזל.
[עריכה] קישורים חיצוניים
[עריכה] לקריאה נוספת
- Water Hammer Analysis by John Parmakian, 1963 Dover Publications INC. ISBN 0-486-61061-6
- Handbook of Hydraulics, sixth edition, by Ernest F. Brater and Horace Williams King, McGraw-Hill Book Company, 1982. ISBN 0-07-007243-4 .
- Water Hammer by B.B. sHARP, 1981, Edward Arnold Publishers Ltd. ISBN 0-7131-3427-5 .
| חישוב מפל לחץ בזרימה | ||||||||||
| משוואת דרסי ויסבך - | משוואת היזן ויליאמס - | משוואת מנינג - | משוואת סווימי ג'יין - | משוואת קולברוק - | דיאגרמת מודי - | הלם מים | ||||
