Optimization of Irrigation Pipelines Design for Minimizing the Effects of Water Hammer Phenomenon أمثلة تصميم شبکات الرى مع تقليل تأثيرات الطرق المائى

Authors

Aly M. EL Zahaby, Elsayed El Agouz, Mohamed Amr, Bahgat Abd El-Rahman

Abstract

للطلمبات بأنقطاع التيار وعودتھ فجأة أو القفل والفتح السريع للمحابس علىخطوط الرى نتيجة لذلک يحدث ارتفاع وأنخفاض مفاجئ للضغط داخلالمواسير يتسبب فى أنفجار المواسير وتحطيم المحابس والطلمبات ولتلافىالإضرار بسبب ھذه الظاھرة يتطلب التحکم فى طريقة التشغيل والإيقافللطلمبات والتحکم فى طريقة القفل والفتح للمحابس على الخطوط وکذلک يتمإضافة أجھزة الحماية لتقليل تأثيرات الطرق المائى مثل خزانات المياة والھواء– خزانات الفائض – محابس الھواء – محابس الأمان – محابس التحکمويھدف البحث إلى : دراسة وتحليل ظاھرة الطرق المائى لمنظومة رى عندطولھ FN4 , FVC انقطاع التيار فجاة ولا توجد أجھزة حماية لخط مياه– ۲۰۰۰ متر للاقطار من ٤٥۰ مم – ۸۰۰ مم مع تصرفات من ۱۲۰۰ولخط مياه FN6 , FVC ۱۸۰۰ م ۳ / س وفرق منسوب ٤۰ متر ثم لخط مياهبنفس البيانات وتم حساب الضغط فى حالة السريان المنتظم ثم FN10 , FVCلحساب أقصى JOUKWSKY استخدمت الطريقة النظرية باستخدام معادلةضغط موجب وأقل ضغط سالب فى حالة حدوث الظاھرة ومقارنتھ بقوة تحملواحتياجھا إلى أجھزة الحماية و کذلک اشتمل البحث على تصميم PN المواسيربطول ۲۰۰۰ وفرق منسوب ٤۰ م مع تصرف PN ٦ بار 6 PVC خط مياه (AFT IMPULSE ) CFD ۱۲۰۰ م ۳ / س واستخدام التحليل الحسابىوالنظرى لايجاد أقصى ضغط موجب وأقل ضغط سالب عند انقطاع التيارواختيار أجھزة الحماية اللازمة . ونتيجة الدرا سة الفنية الأقتصادية القطرالأمثل ٥٦۰ مم باستخدام أجھزة الحماية ( خزانات الھواء والمياه أو خزاناتالفائض ) ثم التحکم فى أقصى ضغط موجب بحيث اصبح أقل من أقصى ضغطمسموح بھ والتحکم فى أقل ضغط سالب لتلافى ظاھرة التکھف .Abstract: The rapid change in velocity of a fluid in a closed pipeline system can generate large pressure waves of large amplitudes which can propagates through the system with the speed of sound. This is called the water hammer phenomenon which causes the additional pressure in the pipeline system which may cause rupture of pipes and damage of pumps and valves. It creates also a reduction in pressure values which can argument the separation or the cavitations effects. This research aims to study and analyze this phenomenon during sudden power failure, pump trips without control devices the attached to PVC pipeline systems of pressure classes PN4, 2000m length with diameters 450,500,560,630,710 and 800mm and flow rates 1200,1350,1500,1650 and 1800 m3/h with elevation differences of 40m. The analysis will be done for the same pipeline data with PN6 and PN10. The steady state pressures were obtained and Joukowsky equation used to calculate the maximum and the minimum pressure, the results were compared with the permissible pressure classes for the pipeline PN4, PN6 and PN10, then the dissection for the need of control devices will be taken. This research provided complete design for PVC pipeline PN6. The pipeline length is 2000m, elevation difference of 40m and discharge 1200m3/h. Theoretical and CFD (AFT impulse) analysis provides to determine the values of transient pressure during power failure. Design criteria for system equipment and control devices such as (air vessel, surge tank...), at an adequate economical analysis had been done to estimate the optimum diameter that ensures a minimum total cost. A result led to 560 mm was found as the optimum diameter. The analysis shows that installing of air vessel or surge tank is must this can be mitigated the high pressure to be less than 6 bars and controlled the magnitude of the negative pressure to safe limits can be changed to positive pressure.

Recommended Citation

M. EL Zahaby, Elsayed El Agouz, Mohamed Amr, Bahgat Abd El-Rahman, Aly (2019) "Optimization of Irrigation Pipelines Design for Minimizing the Effects of Water Hammer Phenomenon أمثلة تصميم شبکات الرى مع تقليل تأثيرات الطرق المائى," Journal of Engineering Research: Vol. 3: Iss. 2, Article 2.
Available at: https://digitalcommons.aaru.edu.jo/erjeng/vol3/iss2/2