1/अवधारणा

वाटर हैमर को वाटर हैमर भी कहा जाता है। पानी (या अन्य तरल पदार्थों) के परिवहन के दौरान, अचानक खुलने या बंद होने के कारण ऐसा होता है।एपीआई बटरफ्लाई वाल्व, गेट वाल्व, चेक वाल्व औरगेंद वाल्वपानी के पंपों के अचानक बंद होने, गाइड वैन के अचानक खुलने और बंद होने आदि के कारण, प्रवाह दर में अचानक परिवर्तन होता है और दबाव में काफी उतार-चढ़ाव आता है। वाटर हैमर प्रभाव एक स्पष्ट शब्द है। यह पानी के पंप के चालू और बंद होने पर पाइपलाइन पर पानी के प्रवाह के प्रभाव से उत्पन्न होने वाले गंभीर वाटर हैमर को संदर्भित करता है। चूंकि पानी की पाइप के अंदर की दीवार चिकनी होती है और पानी स्वतंत्र रूप से बहता है। जब एक खुला वाल्व अचानक बंद हो जाता है या पानी की आपूर्ति करने वाला पंप बंद हो जाता है, तो पानी का प्रवाह वाल्व और पाइप की दीवार, मुख्य रूप से वाल्व या पंप पर दबाव उत्पन्न करता है। चूंकि पाइप की दीवार चिकनी होती है, बाद में पानी के प्रवाह की जड़ता के कारण, हाइड्रोलिक बल तेजी से अधिकतम तक पहुंच जाता है और विनाशकारी प्रभाव उत्पन्न करता है। इसे हाइड्रोलिक्स में "वाटर हैमर प्रभाव" कहा जाता है, यानी सकारात्मक वाटर हैमर। इसके विपरीत, जब एक बंद वाल्व अचानक खुल जाता है या पानी का पंप चालू हो जाता है, तब भी वाटर हैमर उत्पन्न होता है, जिसे नकारात्मक वाटर हैमर कहा जाता है, लेकिन यह पहले वाले जितना बड़ा नहीं होता है। दबाव के प्रभाव से पाइप की दीवार पर तनाव उत्पन्न होगा और शोर पैदा होगा, ठीक वैसे ही जैसे किसी हथौड़े से पाइप पर प्रहार किया जाता है, इसलिए इसे जल हथौड़ा प्रभाव कहा जाता है।

2/खतरे

वाटर हैमर के कारण उत्पन्न तात्कालिक दबाव पाइपलाइन के सामान्य परिचालन दबाव से दर्जनों या सैकड़ों गुना तक अधिक हो सकता है। दबाव में इस तरह के बड़े उतार-चढ़ाव से पाइपलाइन प्रणाली में तीव्र कंपन या शोर हो सकता है और वाल्व जोड़ों को नुकसान पहुंच सकता है। इसका पाइपिंग प्रणाली पर बहुत हानिकारक प्रभाव पड़ता है। वाटर हैमर से बचाव के लिए, पाइपलाइन प्रणाली को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि प्रवाह दर अत्यधिक न हो। सामान्यतः, पाइप की डिज़ाइन की गई प्रवाह दर 3 मीटर/सेकंड से कम होनी चाहिए और वाल्व के खुलने और बंद होने की गति को नियंत्रित किया जाना चाहिए।
पंप के बार-बार चालू और बंद होने और वाल्वों के बार-बार खुलने-बंद होने से पानी की गति में बहुत अधिक परिवर्तन होता है, विशेष रूप से पंप के अचानक बंद होने से उत्पन्न होने वाला वाटर हैमर, जो पाइपलाइनों, पानी के पंपों और वाल्वों को नुकसान पहुंचा सकता है, और पानी के पंप को उल्टा चलाने का कारण बन सकता है जिससे पाइप नेटवर्क का दबाव कम हो जाता है। वाटर हैमर का प्रभाव अत्यंत विनाशकारी होता है: यदि दबाव बहुत अधिक हो जाता है, तो इससे पाइप फट सकता है। इसके विपरीत, यदि दबाव बहुत कम हो जाता है, तो इससे पाइप ढह सकता है और वाल्वों और फिटिंग्स को नुकसान पहुंच सकता है। बहुत कम समय में, पानी का प्रवाह शून्य से निर्धारित प्रवाह दर तक बढ़ जाता है। चूंकि तरल पदार्थों में गतिज ऊर्जा और एक निश्चित मात्रा में संपीड्यता होती है, इसलिए बहुत कम समय में प्रवाह दर में भारी परिवर्तन पाइपलाइन पर उच्च और निम्न दबाव का प्रभाव डालते हैं।

3/जनरेट करें

वाटर हैमर के कई कारण होते हैं। सामान्य कारण निम्नलिखित हैं:

1. वाल्व अचानक खुलता या बंद होता है;

2. पानी पंप इकाई अचानक बंद हो जाती है या चालू हो जाती है;

3. एक ही पाइप पानी को एक ऊंचे स्थान तक पहुंचाता है (जल आपूर्ति भूभाग की ऊंचाई का अंतर 20 मीटर से अधिक है);

4. जल पंप का कुल भार वहन (या कार्यशील दाब) अधिक है;

5. जल पाइपलाइन में पानी का प्रवाह वेग बहुत अधिक है;

6. पानी की पाइपलाइन बहुत लंबी है और भूभाग में बहुत अधिक परिवर्तन है।
7. जल आपूर्ति पाइपलाइन परियोजनाओं में अनियमित निर्माण एक छिपा हुआ खतरा है।
(1) उदाहरण के लिए, टी, एल्बो, रिड्यूसर और अन्य जोड़ों के लिए सीमेंट थ्रस्ट पियर्स का उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है।
“दफन कठोर पॉलीविनाइल क्लोराइड जल आपूर्ति पाइपलाइन इंजीनियरिंग के लिए तकनीकी विनियम” के अनुसार, पाइपलाइन को हिलने से रोकने के लिए टी, एल्बो, रिड्यूसर और 110 मिमी या उससे अधिक व्यास वाले अन्य पाइपों जैसे जोड़ों पर सीमेंट थ्रस्ट पियर लगाए जाने चाहिए। “कंक्रीट थ्रस्ट पियर” C15 ग्रेड से नीचे नहीं होने चाहिए, और इन्हें खुदाई की गई मूल मिट्टी की नींव और खाई की ढलान पर ही साइट पर ढाला जाना चाहिए। कुछ निर्माण कंपनियां थ्रस्ट पियर की भूमिका पर पर्याप्त ध्यान नहीं देती हैं। वे पाइपलाइन के बगल में लकड़ी का खूंटा गाड़ देते हैं या लोहे का नुकीला हिस्सा फंसा देते हैं ताकि वह थ्रस्ट पियर का काम करे। कभी-कभी सीमेंट पियर का आयतन बहुत कम होता है या उसे मूल मिट्टी पर नहीं डाला जाता है। दूसरी ओर, कुछ थ्रस्ट पियर पर्याप्त मजबूत नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, पाइपलाइन के संचालन के दौरान, थ्रस्ट पियर काम नहीं कर पाते और बेकार हो जाते हैं, जिससे टी और एल्बो जैसे पाइप फिटिंग गलत तरीके से लग जाते हैं और क्षतिग्रस्त हो जाते हैं।
(2) स्वचालित निकास वाल्व स्थापित नहीं है या स्थापना की स्थिति अनुचित है।
हाइड्रोलिक्स के सिद्धांत के अनुसार, पहाड़ी क्षेत्रों या अधिक उतार-चढ़ाव वाली पहाड़ियों में पाइपलाइनों के सबसे ऊंचे बिंदुओं पर स्वचालित निकास वाल्व डिजाइन और स्थापित किए जाने चाहिए। यहां तक ​​कि कम उतार-चढ़ाव वाले मैदानी क्षेत्रों में भी, खाइयां खोदते समय पाइपलाइनों को कृत्रिम रूप से डिजाइन किया जाना चाहिए। उतार-चढ़ाव चक्रीय रूप से होते हैं, ढलान 1/500 से कम नहीं होती है, और प्रत्येक किलोमीटर के सबसे ऊंचे बिंदु पर 1-2 निकास वाल्व डिजाइन किए जाते हैं।
पाइपलाइन में पानी के परिवहन की प्रक्रिया के दौरान, पाइपलाइन में मौजूद गैस निकलकर पाइपलाइन के उभरे हुए हिस्सों में जमा हो जाती है, जिससे हवा का अवरोध भी बन जाता है। पाइपलाइन में पानी के प्रवाह की दर में उतार-चढ़ाव होने पर, उभरे हुए हिस्सों में बनी हवा की पॉकेट लगातार संपीड़ित और विस्तारित होती रहती हैं, और गैस के संपीड़न के बाद उत्पन्न दबाव पानी के संपीड़न के बाद उत्पन्न दबाव से दर्जनों या सैकड़ों गुना अधिक हो जाता है (सार्वजनिक विवरण: पंप बटलर)। इस स्थिति में, पाइपलाइन के इस छिपे हुए खतरे वाले हिस्से से निम्नलिखित स्थितियाँ उत्पन्न हो सकती हैं:
• पाइप के ऊपरी हिस्से से पानी गुजरने के बाद, टपकता हुआ पानी निचले हिस्से में गायब हो जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पाइप में मौजूद एयर बैग पानी के प्रवाह को रोक देता है, जिससे पानी के स्तंभ अलग हो जाते हैं।
• पाइपलाइन में संपीड़ित गैस को अधिकतम सीमा तक संपीड़ित किया जाता है और वह तेजी से फैलती है, जिससे पाइपलाइन फट जाती है।
• जब किसी ऊंचे जल स्रोत से पानी गुरुत्वाकर्षण प्रवाह द्वारा एक निश्चित गति से नीचे की ओर प्रवाहित होता है, तो ऊपर की ओर लगे वाल्व को अचानक बंद करने के बाद, ऊंचाई के अंतर और प्रवाह दर की जड़ता के कारण, ऊपर की ओर वाली पाइप में पानी का स्तंभ तुरंत नहीं रुकता। यह अभी भी एक निश्चित गति से नीचे की ओर बहता रहता है। इस समय, पाइपलाइन में हवा की भरपाई समय पर न हो पाने के कारण निर्वात उत्पन्न हो जाता है, जिससे नकारात्मक दबाव के कारण पाइपलाइन में हवा कम हो जाती है और वह क्षतिग्रस्त हो जाती है।
(3) खाई और भराई की मिट्टी नियमों का पालन नहीं करती है।
पहाड़ी क्षेत्रों में अक्सर अनुपयुक्त खाइयाँ देखने को मिलती हैं, मुख्यतः कुछ क्षेत्रों में पत्थरों की अधिकता के कारण। ये खाइयाँ हाथ से खोदी जाती हैं या विस्फोटकों से बनाई जाती हैं। खाई का तल अत्यधिक ऊबड़-खाबड़ होता है और उसमें नुकीले पत्थर उभरे होते हैं। ऐसी स्थिति में, संबंधित नियमों के अनुसार, पाइपलाइन बिछाने से पहले खाई के तल से पत्थरों को हटाकर 15 सेंटीमीटर से अधिक रेत बिछाई जानी चाहिए। हालांकि, निर्माण श्रमिकों ने लापरवाही बरती या काम में कोताही बरती और सीधे रेत बिछा दी, या नाममात्र की रेत बिछाई। पाइपलाइन पत्थरों पर बिछाई गई। जब मिट्टी भरने का काम पूरा हो जाता है और पानी की आपूर्ति शुरू हो जाती है, तो पाइपलाइन के वजन, ऊर्ध्वाधर भू-दबाव, पाइपलाइन पर वाहनों के भार और गुरुत्वाकर्षण के कारण, पाइपलाइन के तल में उभरे एक या कई नुकीले पत्थरों पर अत्यधिक दबाव पड़ता है, जिससे पाइपलाइन के क्षतिग्रस्त होने और उस बिंदु पर सीधी रेखा में दरार पड़ने की संभावना बहुत अधिक हो जाती है। इसे ही अक्सर "स्कोरिंग प्रभाव" कहा जाता है।

4/उपाय

वाटर हैमर से बचाव के कई उपाय हैं, लेकिन वाटर हैमर के संभावित कारणों के अनुसार अलग-अलग उपाय करने की आवश्यकता होती है।
1. जल पाइपलाइनों की प्रवाह दर कम करने से जल हथौड़े का दबाव कुछ हद तक कम हो सकता है, लेकिन इससे पाइपलाइनों का व्यास बढ़ जाएगा और परियोजना का निवेश भी बढ़ जाएगा। जल पाइपलाइन बिछाते समय, पाइपलाइन की लंबाई कम करने के लिए उभारों या ढलान में अचानक बदलाव से बचना चाहिए। पाइपलाइन जितनी लंबी होगी, पंप बंद होने पर जल हथौड़े का मान उतना ही अधिक होगा। एक पंपिंग स्टेशन से दो पंपिंग स्टेशनों को जोड़ने के लिए जल सक्शन वेल का उपयोग किया जाता है।
पंप बंद होने पर जल हथौड़ा

पंप बंद होने पर उत्पन्न होने वाले अचानक हाइड्रोलिक झटके को पंप और प्रेशर पाइप में प्रवाह वेग में अचानक परिवर्तन के कारण होने वाली हाइड्रोलिक शॉक घटना कहा जाता है। यह परिवर्तन अचानक बिजली कटौती या अन्य कारणों से वाल्व के खुलने और बंद होने पर होता है। उदाहरण के लिए, बिजली प्रणाली या विद्युत उपकरण की खराबी, पानी पंप इकाई की कभी-कभार खराबी आदि के कारण सेंट्रीफ्यूगल पंप का वाल्व खुल सकता है और बंद हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पंप के बंद होने पर वाटर हैमर उत्पन्न होता है। पंप के बंद होने पर उत्पन्न वाटर हैमर का आकार मुख्य रूप से पंप कक्ष के ज्यामितीय शीर्ष से संबंधित होता है। ज्यामितीय शीर्ष जितना अधिक होगा, पंप के बंद होने पर वाटर हैमर का मान उतना ही अधिक होगा। इसलिए, स्थानीय परिस्थितियों के आधार पर उचित पंप शीर्ष का चयन किया जाना चाहिए।

पंप बंद होने पर वाटर हैमर का अधिकतम दबाव सामान्य कार्यशील दबाव के 200% या उससे भी अधिक तक पहुंच सकता है, जिससे पाइपलाइन और उपकरण नष्ट हो सकते हैं। सामान्य दुर्घटनाओं से पानी का रिसाव और पानी की आपूर्ति बाधित हो जाती है; गंभीर दुर्घटनाओं से पंप कक्ष में पानी भर जाता है, उपकरण क्षतिग्रस्त हो जाते हैं और सुविधाओं को नुकसान पहुंचता है, जिससे व्यक्तिगत चोट या मृत्यु भी हो सकती है।

किसी दुर्घटना के कारण पंप बंद करने के बाद, पंप चालू करने से पहले चेक वाल्व के पीछे की पाइप में पानी भर जाने तक प्रतीक्षा करें। पंप चालू करते समय वाटर पंप आउटलेट वाल्व को पूरी तरह से न खोलें, अन्यथा पानी का तेज़ झटका लगेगा। कई पंपिंग स्टेशनों में इस तरह की परिस्थितियों में ही पानी के तेज़ झटके से गंभीर दुर्घटनाएँ होती हैं।

2. वाटर हैमर निवारण उपकरण स्थापित करें
(1) स्थिर वोल्टेज नियंत्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग करना
पीएलसी स्वचालित नियंत्रण प्रणाली का उपयोग परिवर्तनीय आवृत्ति गति वाले पंप को नियंत्रित करने और संपूर्ण जल आपूर्ति पंप कक्ष प्रणाली के संचालन को स्वचालित रूप से नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। चूंकि कार्य परिस्थितियों में परिवर्तन के साथ जल आपूर्ति पाइपलाइन नेटवर्क का दबाव लगातार बदलता रहता है, इसलिए सिस्टम संचालन के दौरान अक्सर कम दबाव या अधिक दबाव की स्थिति उत्पन्न होती है, जिससे आसानी से वाटर हैमर उत्पन्न हो सकता है और पाइपलाइनों और उपकरणों को नुकसान हो सकता है। पीएलसी स्वचालित नियंत्रण प्रणाली का उपयोग पाइप नेटवर्क को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। दबाव का पता लगाना, जल पंप के चालू और बंद होने का फीडबैक नियंत्रण और गति समायोजन, प्रवाह नियंत्रण, और इस प्रकार दबाव को एक निश्चित स्तर पर बनाए रखना। पंप के जल आपूर्ति दबाव को माइक्रो कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित करके स्थिर दबाव वाली जल आपूर्ति बनाए रखने और अत्यधिक दबाव में उतार-चढ़ाव से बचने के लिए सेट किया जा सकता है। वाटर हैमर की संभावना कम हो जाती है।
(2) वाटर हैमर एलिमिनेटर स्थापित करें
यह उपकरण मुख्य रूप से पंप बंद होने पर वाटर हैमर को रोकता है। इसे आमतौर पर वाटर पंप के आउटलेट पाइप के पास लगाया जाता है। यह पाइप के दबाव का उपयोग करके कम दबाव पर स्वचालित रूप से काम करता है। यानी, जब पाइप में दबाव निर्धारित सुरक्षा मान से कम हो जाता है, तो ड्रेन पोर्ट अपने आप खुल जाता है और पानी निकल जाता है। प्रेशर रिलीफ का उपयोग स्थानीय पाइपलाइनों के दबाव को संतुलित करने और उपकरणों और पाइपलाइनों पर वाटर हैमर के प्रभाव को रोकने के लिए किया जाता है। वाटर हैमर को रोकने वाले उपकरणों को आमतौर पर दो प्रकारों में बांटा जा सकता है: यांत्रिक और हाइड्रोलिक। यांत्रिक वाटर हैमर को काम करने के बाद मैन्युअल रूप से रीसेट किया जाता है, जबकि हाइड्रोलिक वाटर हैमर स्वचालित रूप से रीसेट हो जाते हैं।
(3) बड़े व्यास वाले जल पंप के आउटलेट पाइप पर एक धीमी गति से बंद होने वाला चेक वाल्व स्थापित करें

पंप बंद होने पर यह वाटर हैमर को प्रभावी ढंग से खत्म कर सकता है, लेकिन पंप चालू होने पर कुछ मात्रा में पानी वापस बह जाएगा।एपीआई 609जब वाल्व सक्रिय होता है, तो जल संग्रहण कुएं में एक ओवरफ्लो पाइप होना आवश्यक है। स्लो-क्लोजिंग चेक वाल्व दो प्रकार के होते हैं: हैमर टाइप और एनर्जी स्टोरेज टाइप। इस प्रकार के वाल्व को आवश्यकतानुसार एक निश्चित सीमा के भीतर बंद करने के समय को समायोजित किया जा सकता है (अधिक जानकारी के लिए देखें: पंप बटलर)। सामान्यतः, बिजली गुल होने के बाद वाल्व 3 से 7 सेकंड के भीतर 70% से 80% तक बंद हो जाता है। शेष 20% से 30% बंद होने का समय जल पंप और पाइपलाइन की स्थिति के अनुसार समायोजित किया जाता है, जो आमतौर पर 10 से 30 सेकंड की सीमा में होता है। यह ध्यान देने योग्य है कि जब पाइपलाइन में उभार हो और वाटर हैमर की समस्या उत्पन्न हो, तो स्लो-क्लोजिंग चेक वाल्व की भूमिका बहुत सीमित हो जाती है।
(4) एकतरफ़ा दाब विनियमन टावर स्थापित करें
इसे पंपिंग स्टेशन के पास या पाइपलाइन पर उपयुक्त स्थान पर बनाया जाता है, और एकतरफा सर्ज टावर की ऊंचाई वहां पाइपलाइन के दबाव से कम होती है। जब पाइपलाइन में दबाव टावर में पानी के स्तर से कम होता है, तो दबाव नियंत्रक टावर पाइपलाइन में पानी की आपूर्ति करता है ताकि पानी का स्तंभ टूटने से रोका जा सके और वाटर हैमर को रोका जा सके। हालांकि, पंप बंद होने से होने वाले वाटर हैमर के अलावा, जैसे कि वाल्व बंद होने से होने वाले वाटर हैमर पर इसका दबाव कम करने का प्रभाव सीमित होता है। इसके अलावा, एकतरफा दबाव नियंत्रक टावर में उपयोग किए जाने वाले एकतरफा वाल्व का प्रदर्शन पूरी तरह से विश्वसनीय होना चाहिए। वाल्व के खराब होने पर, यह एक बड़ा वाटर हैमर उत्पन्न कर सकता है।
(5) पंप स्टेशन में एक बाईपास पाइप (वाल्व) स्थापित करें
जब पंप प्रणाली सामान्य रूप से चल रही होती है, तो चेक वाल्व बंद रहता है क्योंकि पंप के दबाव वाले हिस्से में पानी का दबाव, खींचने वाले हिस्से की तुलना में अधिक होता है। जब अचानक बिजली गुल होने से पंप बंद हो जाता है, तो जल पंप स्टेशन के आउटलेट पर दबाव तेजी से गिर जाता है, जबकि खींचने वाले हिस्से में दबाव तेजी से बढ़ जाता है। इस दबाव अंतर के कारण, पानी खींचने वाली मुख्य पाइप में क्षणिक उच्च दबाव वाला पानी चेक वाल्व के वाल्व प्लेट को खोल देता है और दबाव वाली मुख्य पाइप में क्षणिक निम्न दबाव वाले पानी की ओर बहता है, जिससे वहां पानी का निम्न दबाव बढ़ जाता है; दूसरी ओर, पंप के खींचने वाले हिस्से में वाटर हैमर के कारण होने वाला दबाव भी कम हो जाता है। इस तरह, जल पंप स्टेशन के दोनों ओर वाटर हैमर के कारण होने वाले दबाव में वृद्धि और गिरावट को नियंत्रित किया जाता है, जिससे वाटर हैमर के खतरों को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है और रोका जा सकता है।
(6) एक बहु-चरणीय चेक वाल्व स्थापित करें
एक लंबी जल पाइपलाइन में, एक या अधिक जोड़ेंजांच कपाटपानी की पाइपलाइन को कई खंडों में विभाजित करें और प्रत्येक खंड पर एक चेक वाल्व स्थापित करें। वाटर हैमर के दौरान जब पाइप में पानी वापस बहने लगता है, तो प्रत्येक चेक वाल्व एक-एक करके बंद हो जाता है, जिससे बैकफ्लश प्रवाह कई खंडों में विभाजित हो जाता है। चूंकि पाइप के प्रत्येक खंड (या बैकफ्लश प्रवाह खंड) में हाइड्रोस्टैटिक हेड काफी कम होता है, इसलिए पानी का प्रवाह कम हो जाता है। यह सुरक्षात्मक उपाय उन स्थितियों में प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है जहां पानी की आपूर्ति की ज्यामितीय ऊंचाई में अंतर अधिक होता है; लेकिन यह पानी के स्तंभ के अलग होने की संभावना को पूरी तरह से समाप्त नहीं कर सकता है। इसका सबसे बड़ा नुकसान यह है: सामान्य संचालन के दौरान वाटर पंप की बिजली खपत में वृद्धि और पानी की आपूर्ति लागत में वृद्धि।