Boru hatlarında su darbesi olayı çeşitli nedenlerle ortaya çıkabilir. Bunlara örnek olarak pompa motorunun enerjisinin aniden kesilmesi, hat üzerindeki vanaların kapatma/açma manevraları ve pompaya yol verilmesi gibi kaçınılamayacak nedenler sıralanabilir. Su darbesi sonucu boru hattında belirli periyotlarla aşırı basınç (süpresyon) ve düşük basınç (depresyon) değerleri oluşur. Bu basınçlar altında boru veya hat üzerindeki diğer elemanlar zarar görebilir. Bu nedenlerle boru hatların tasarımı sırasında mutlaka su darbesi hesabı da yapılmalı ve tehlikeye darbe önleyici elemanlar hat üzerine monte edilmelidir.
Su darbesi hesabı, boru içerisindeki zamana bağlı hareket ve süreklilik denklemlerinin çözülmesi ile yapılabilir. Bu denklemler iki yöntemle çözülebilmektedir. Bunlar grafik çözüm yöntemi ve sayısal çözüm yöntemidir. Basitliği ve pratikliği nedeniyle uzun zaman grafik yöntemler kullanılmıştır. Fakat grafik limitleri dışında bulunan bölgelerin hesaplanması ve boru hattı boyunca basıncın zamana göre değişiminin görülmesi bu yöntem ile mümkün olamamaktadır.
Günümüz bilgisayarlarının yüksek bellek kapasitesi ve işlem hızı sayesinde sayısal yöntem ile çok daha ayrıntılı ve hassas hesap yapılabilmektedir. Her türlü hidrolik eleman (pompa, basınç regülasyon vanası, çek valf, hava kazanı vs.) matematik olarak modellenebilmekte ve su darbesi denklemlerinin çözümünde sınır şartı olarak kullanılabilmektedir.
Bu çalışmada boru hatlarında su darbesi basınçlarının sayısal olarak hesabı ve hava kazanı, tek yönlü denge bacası ve regülasyon vanaları gibi su darbesi önleyici cihazların kullanılmasının bu basınçlar üzerindeki etkileri aşağıdaki makalede yer almaktadır.
Su Darbesi Projelendirme Hataları
Pompalama sistemlerde elektrik kesilmesi, pompa ve vana manevraları gibi nedenlerle oluşan su darbeleri büyük zararlara yol açabilmektedir.
Tasarım aşamasında bu tehlikenin de göz önüne alınarak hesap yapılması ve gerekli önlemlerin alınması önemlidir. Su darbelerini önlemek amacıyla hava kazanı ve /veya tek yönlü denge bacası,kontrollü vanalar, tek yönlü vanalar en çok kullanılan yöntemlerdir. Pompalama sisteminin karakteristiklerine göre bunların boyutlarının ve hat üzerinde yerleştirilecekleri yerlerin doğru olarak belirlenmesi, görevlerini tam anlamıyla yapabilmeleri açısından gerekmektedir. Bu çalışmada, pompalama sistemi tasarımında son yıllarda rastlanan su darbesi projelendirme hatalarından
• Gereksiz kazan
• Aşırı büyük kazan hacmi
• Aşırı yük kaybı
• Aşırı emniyet
• Yetersiz regülasyon vanası gibi bazıları tartışılmaya çalışılmıştır.
Pompalama sistemlerinde özellikle elektrik kesilmelerinde ve duruş/kalkışlar sırasında momentum değişimi sonucu ortaya çıkan su darbelerine karşı önlem alınmadığı durumlarda işletmecileri bekleyen ciddi sorunlar ortaya çıkmaktadır. Özellikle boru patlaması, kompansatör yırtılması, beton kütlelerin bağlantılarının kopması gibi sonuçlar doğuran su darbeleri tasarım aşamasında düşünülmek ve her yeni boru hattının tasarımından sonra bir hidrolik analiz ve su darbesi kontrolü yapılmak durumundadır. Yurdumuzda, yakın yıllarda tamamlanmış ve yeni sayılan boru hatlarında daha ilk devreye alma sırasında ortaya çıkan darbe sonucu zarar/arıza durumlarına rastlanmaktadır. Su darbesi analizi için en çok kullanılan yöntemler ve eksiklikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:
• “Parmakyan” abakları kullanmak limitlerinin yetersiz kalması nedeni ile artık düşünülmemelidir,
• “Ruus” yöntemi çok emniyetli olup pratik bulunmamaktadır,
• Bilgisayarları kullanmak varken grafik çözümlemelerle ayrıntılı sınır şartlarını çizmek pratik olmamaktadır,
• Regülasyon vanaları her geometride çözüm olamamakta, özellikle negatif darbe ve hat profilinin dış bükey olması durumlarında sorun yaratmaktadır,
Son Yıllarda Rastlanan Bazı Hatalar
Rastlanan bazı projelerde su darbesi analizinin yeterince yapılmamış olduğu ve fakat sorun ortaya çıktıktan sonra ( yani bir patlama ortaya çıktıktan sonra) çözüm aranma yoluna gidilmekte, bu durum da proje maliyeti açısından istenmeyen ve fakat daha pahalı çözümleri doğurmaktadır. Olaylardan bir sonuç çıkarabilmek için rastlanan bazı örnekler aşağıdaki makalede aynı formatta sıralanmıştır: