بخشی از مقاله
خلاصه
در زمان زلزله ممکن است به علت شکست لولههای پایین دست شبکه، آب مخازن تخلیه شود. با توجه به وضعیت لرزهخیزی کشور، حفظ کارآیی و عملکرد مطمئن و صحیح مخازن آب در مقابل زلزله و امکان تداوم استفاده از آنها بعد از وقوع زلزله، از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. علیرغم اهمیت این موضوع هنوز روش مشخصی برای نگهداری آب مخازن در زمان وقوع زلزله در کشور مورد قبول واقع نشده است. در این تحقیق راه حل استفاده، از شیرهای قطعکن اضطراری در پایین دست مخازن، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
در مقاله حاضر هیدرولیک شبکه در وقوع جریانهای مختلف و از جمله شکستگی در اثر وقوع زلزله، شبیهسازی شده است. بدین منظور، قسمتی از شبکه آب واقع در شهر تهران به عنوان پایلوت مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مزایا و محدودیتهای استفاده از شیرهای قطعکن اضطراری بررسی شد، و خطاهای احتمالی که ممکن است به اشتباه باعث اعمال دستور قطع شود، از جمله افزایش مصرف و عملکرد آتشنشانی، بررسی گردید. نتایج مطالعه حاضر نشان میدهد، میتوان از شیرهای قطعکن اضطراری برای قطع در زمان وقوع زلزله کمک گرفت.
1. مقدمه
مخازن آب از جمله اجزاء اصلی شبکههای آبرسانی جهت ذخیره، نگهداری و تامین فشار میباشند. اهمیت این سازهها و عملکرد مناسب آنها به هنگام زلزله و بخصوص بعد از وقوع آن جهت پاسخگویی به نیاز آبی شهروندان، اجتناب از آتشسوزی و بروز خسارتهای احتمالی محرز میباشد و هرگونه وقفه در بهرهبرداری از آنها، افزایش خسارت و تلفات را در نواحی زلزلهزده تشدید خواهد کرد.
همچنین لزوم تأمین آب برای جامعهی زلزلهزده پس از وقوع زمینلرزه، اهمیت بررسی عملکرد مخازن را در هنگام زلزله برای حفظ کاربری آنها نشان میدهد.لذا، مطالعه و بررسی این سازهها در مناطقی با خطر لرزهخیزی بالا نظیر ایران، نیاز به توجه خاصی دارد. علیرغم مطالعات انجام شده، اطمینان یافتن از عملکرد صحیح این سازهها و شبکه در زمان وقوع و طراحی مقاوم آنها در برابر زلزله، به لحاظ پیچیدگی رفتاری، به مطالعات جامعتری نیاز دارد.
در حوادث غیر مترقبه طبیعی مانند زلزله، سیستم آبرسانی یک شهر با خطر فرو پاشی و گسستگی مواجه میشود و ممکن است مانع از ادامه کار سامانه آبرسانی و بازگشت آن به حالت پایدار شود و در شرایط اضطراری، منابع آب در دسترس جهت مصارف بهداشتی، شرب و طبخ غذا بسیار محدود است. لذا ضروری است تا با توجه به خطرات و فواید بهداشتی کاربردهای آب در کوتاه مدت و بلند مدت، حجم مناسب آب جهت مصارف بهداشتی در دسترس مردم باشد تا از بروز بیماریهای ناشی از کمآبی جلوگیری شود
به طورکلی سازهها به دو دسته سازههای نقطهای و سازههای خطی تقسیم میشوند، که در معرض خطرزلزله قرار دارند. مخازن آب جزء سازههای نقطهای وشبکههای توزیع سازههای خطی میباشند، که این سازههای خطی به دلیل طولی بودن، امکان قرارگیری در مسیر گسل برایشان بسیار بیشتر از سازههای نقطهای خواهد بود. ازاین رو حفظ شبکهها از خطراتی نظیر شکستگی و آسیبهای ناشی از زلزله حائز اهمیت میباشد. از شیرهای قطع کننده اضطراری برای جلوگیری از به هدر رفتن آب مخازن در زمان بروز زلزله میتوان استفاده کرد.
هدف از این مقاله بیان روشها وگزینههای مختلف برای نگهداری آب مخازن در زمان وقوع زلزله است، که از آن جمله میتوان به سنسورهای حساس به ارتعاش ناشی از زلزله و همچنین شیرهای قطعکن اضطراری اشاره کرد. این مقاله به تحلیل هیدرولیکی شیرهای قطعکن اضطراری میپردازد. تنظیم شیر قطع کن اضطراری میبایست به صورتی باشد که بین وقوع زلزله و حداکثر مصرف آب توسط شبکه پایین دست، تمیز داده شود. بررسی انواع شیرآلات قطع اضطراری جریان - شیر شکستگی - در زمان وقوع زلزله - و یا هر عامل مخرب دیگر - ، شامل انواع روشهای عملکردی این شیرها و نیز بررسی نقاط قوت و ضعف آنها می باشد .
در این تحقیق، اساس الگوریتم تعریف شده برای اعمال دستور قطع به شیر اضطراری، تحلیل دبی و سرعت جریان میباشد.
2. شیر شکستگی خطوط لوله - شیر قطع اضطراری -
این شیرها که به نام شیرهای قطعکن اضطراری نیز شناخته میشوند در حالت معمول و بر روی خط لوله نصب میشوند و در صورت شکستگی پایین دست به قطع جریان اقدام میکند. در این مقاله پیشنهاد استفاده از این شیرها برای جلوگیری از تخلیه مخازن ذخیره در زمان ترکیدگی و شکستگی خط لوله به پایین دست وتحلیل آنها ارائه شده است.
این شیرها اغلب از نوع پروانهای و گاهی نیز از نوع سوزنی انتخاب میشوند و سامانه محرک آنها به جای گیربکس از یک جک هیدرولیکی و یک اهرم وزنهای سنگین تشکیل میگردد. جک هیدرولیکی با اعمال نیرو به اهرم متصل به محور شیر وزنه سنگینی رادر بالا نگه میدارد تا شیرکاملاً باز شود. لازم به ذکر است وزنه این شیرآلات هنگامی که به فاصله کمی از مخزن نصب میشوند، میتواند بسیار سبکتر در نظر گرفته شود که این موضوع موجب صرفه جویی زیادی در هزینهها، ابعاد اطاقچهها و نیز سهولت بهرهبرداری میگردد.
نکته قابل توجه سامانه دستوردهی به شیر قطعکن اضطراری این است که میتواند بر حسب ارتعاش ناشی از زلزله و یا افزایش دبی و سرعت جریان - به علت شکستگی خط لوله - باشد، در ادامه این دو روش مورد بررسی قرار گرفته است.
-2-1 قطع اضطراری به روش ارتعاش - لرزه نگار -
با استفاده از سامانه زلزلهسنجهای پیشرفته که با تکنولوژی میکرومکانیک و الکترونیک ساخته شدهاند، شتاب با دقت بالا و نویز کم در زمان کوتاه اندازهگیری میشود. امواج دریافت شده توسط این شتاب سنجها پس از عبور از فیلترها و حذف نوسانهای مزاحم - حرکت انواع وسائل نقلیه، مترو، هواپیما و ... - به امواج دقیق حرکت زمین در 3 جهت تبدیل میشوند. برآیند برداری این امواج، بردار حرکت موج زمینلرزه را مشخص مینماید.[5] مزیت اصلی این سامانه آن است که اولاً قبل از وقوع زلزله عملنمایدمی و ثانیاً کاملاً اتوماتیک عمل میکندیعنی هیچگونه دخالتی از جانب بهرهبردار برای قطع جریان وجود ندارد. اما اشکالات اصلی این سامانه را میتوان بدینگونه شمرد:
- آزمون تست لرزهنگار باید بر روی سه دستگاه صورت گیرد. هر سه نمونه میتواند همزمان آزمایش شوند. دستگاه باید محکم بر روی میز یا صفحهای که قابلیت تنظیم نیروی شتاب یک جهت سینوسی ذکر شده را به صورت افقی و عمودی داشته باشد، نصب گردد. به طور کلی شرایط انجام آزمایش لرزهنگار سخت و در محیطی آزمایشگاهی صورت میگیرد که با محیط واقعی متفاوت و درصد ایجاد خطا را، در عملکرد آن به هنگام شرایط واقعی افزایش میدهد.
- استفاده از برق و عدم تامین وجود برق در همه لحظات و ساعات است و با احتمال قطع شدن برق در موارد بحرانی قابلیت اطمینان این سیستم کاهش مییابد.
- اشکال دیگر در امکان تشخیص موج زلزله است، یعنی برای مثال عبور یک وسیله نقلیه سنگی - کامیون - میتواند موجی را در خاک ایجاد نماید که این سامانه را به اشتباه بیندازد.
- یکی دیگر از ایرادات وارد بر این سامانه آن است که ممکن است پس از وقوع زلزله شکستگی در خط ایجاد نگردد در حالیکه این سامانه جریان را قطع نموده است.
- اتاق حوضچه برای این سامانه میبایست ضد زلزله باشد.
- همچنین در هنگام شکستگی خطوط لوله توسط عوامل دیگر عمل قطع صورت نمیپذیرد.
- اتصال مجدد سیستم ممکن است زمانبر باشد و به این دلیل دستگاه عملکرد مناسبی در هنگام وقوع پسلرزه و پیشلرزه از خود نشان ندهد.
3. قطع اضطراری بر اساس شرایط هیدرولیکی
در این پژوهش تحلیلها بر اساس دبی و سرعت جریان انجام گرفته است و برتری آن به تحلیل بر اساس لرزهنگار در سادگی و کاربردی بودن آن میباشد.
-3-1 مواد و روشها
با فرض اینکه شیرهای قطعکن اضطراری براساس معیارهای تعریف شدهای عمل کنند - مانند سرعت، دبی و ... - لازم است این معیارها تعیین و ارائه گردد. معیارهای پیشنهادی میبایست به صورتی باشند که از عملکرد صحیح آنها در شرایط شکست شبکه و تخلیه آب مخازن، اطمینان حاصل شود، به عبارت دیگر این معیارها فقط در شرایط تخلیه مخازن اتفاق میافتند و در شرایط بهرهبرداری عادی باعث عمل کردن شیر قطع و وصل، و مزاحمت برای بهرهبرداری نخواهند شد.
-3-1-1 معیار سرعت
فرض میشود که شیر اضطراری براساس معیار سرعت عمل میکند یعنی اگر سرعت در خط لوله که شیر اضطراری روی آن قرار گرفته است - معمولاً لوله خروجی از مخزن - از مقدار مشخصی بیشتر شد، دستور بسته شدن شیر صادر شود. سوال حاضر این است که مقدار سرعت مذکور چه مقدار باید باشد. به منظور تعیین سرعت حداکثر مطابق - شکل -1الف - فرض شود سرعت در لوله قبل از وقوع شکستگی 1 و بعد از وقوع شکستگی 2 باشد.
شکل -1 تغییرات سرعت و دبی در خط لوله. الف - قبل از شکستگی. ب - پس از وقوع شکستگی
