مکان‌یابی و تعیین اندازه شیرآلات هوا در خطوط لوله انتقال آب طویل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

2 دانشیار، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 دانش‌آموخته دکترا، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

هوای محبوس شده در لوله‌های انتقال آب باعث بروز مشکلاتی جدی از قبیل افت هد، افزایش فشار موضعی، تولید صدای زیاد، لرزش در لوله‌ها و همچنین استهلاک پمپ‌ها می‌شود. معمولاً برای خروج هوا از سیستم باید از شیرهای هوا استفاده کرد. در این پژوهش راهکاری بهینه در خصوص تعیین اندازه و مکان مناسب قرارگیری شیرهای هوا در خطوط انتقال از طریق برنامه‌ای توسعه داده شده در نرم‌افزار MATLAB، ارائه می‌شود. در این روش آب‌‌اندازی اولیه خط به‌گونه‌ای محاسبه ‌شد که اولاً کمترین مقدار محبوس‌شدگی هوا در خط لوله آب رخ دهد و ثانیاً سرعت خروج هوا از سیستم بهینه باشد. روش ارائه شده برای قسمتی از خط لوله پروژه انتقال آب به شهرهای شمالی استان کرمان پیاده‌سازی شد. برای افزایش قابلیت کاربردی روش ارائه شده، برنامه پیشنهادی در محیط GUI توسعه داده شده که این امکان فراهم می‌شود که اندازه و مکان بهینه شیرهای هوا به‌صورت گرافیکی نمایش داده شود و نتایج به‌دست آمده ارائه شد. در نهایت برای صحت‌سنجی نتایج حاصل، از نرم‌افزارValmatic که نرم‌افزاری مطرح در طراحی خطوط انتقال است استفاده شد. نتایج نشان داد که روش ارائه شده دارای دقت و قابلیت مطلوبی در زمینه محاسبات و طراحی شیرآلات هوا است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Detection of Air Valves Location and Size in Long Water Pipelines

نویسندگان [English]

  • Hassan Fahraji-Azad 1
  • Mahnaz Ghaeini-Hessaroeyeh 2
  • Ehsan Fadaei-Kermani 3
1 MSc Graduate, Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 PhD Graduate, Dept. of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

Condensed air in the water stream causes serious problems such as head drop, localized pressure increases high noise generation, shaking in the pipes, as well as the loss of pumps in the system will be transmitted. To remove air from the system, air valves should be used. In this research, the hydraulic properties of air flow contained in the water pipes is studied, then a program is developed for providing the optimal solution regarding the size and position of the valves in the right place by using MATLAB software. The general method is to examine all the tube parts at the failure location by the direct search algorithm and find the lowest gradient and calculate the initial discharge rate of the line as following: First, the minimum amount of air intake in the water pipeline will occur. Second, the air outlet speed of the system will be optimal. To enhance the applicability of the proposed method, the model was developed in the GUI environment. Finally, for the verification and evaluation of the results, an identical model of water pipeline using Valmatic software and the present developed software has been analyzed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Air Valve
  • Water Transmission Pipeline
  • MATLAB software
  • GUI Environment
  • Valmatic Software
AWWA. 2001. Rehabilitation of water mains: M28, American Water Works Association, APHA Publication, Washington DC, USA.
Balutto, A. 1996. Air valve technology reviewed, introducing controlled air transferred technology. VENT-O-MAT, http://internationalvalve.com
Bergant, A., Kruisbrink, A. & Arregui de la Cruz, F. 2012. Dynamic behaviour of air valves in a large-scale pipeline apparatus. Strojniški vestnik. Journal of Mechanical Engineering, 58(4), 225-237.
Bianchi, A., Mambretti, S. & Pianta, P. 2007. Practical formulas for the dimensioning of air valves. Journal of Hydraulic Engineering, 133(10), 1177-1180.
De Aquino, G. A., De Lucca, Y. D. F. L. & Dalfré Filho, J. G. 2018. The importance of experimental tests on air valves for proper choice in a water supply project. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 40(8), 1-9.
Islamic Republic of Iran Vice Presidency for Strategic Planning and Supervision (IRIVPSPS). 2013. Guidelines for design of urban and rular water supply and distribution systems, Report No. 117-3 (First- Revision), Islamic Republic of Iran Vice Presidency for Strategic Planning and Supervision Press. (In Persian)
Liu, H., Zhu, Y., Pei, S., Savić, D., Fu, G., Zhang, C., et al., 2019. Flow regime identification for air valves failure evaluation in water pipelines using pressure data. Water Research, 165, 115002.
Lemont, I. L. & Valparaiso, I. N. 2003. Val-Matic valve and manufacturing corp. Commercial and Industrial Software in Elmhurst Pub., Illinois, USA.
 
Mahab Ghods Consulting Engineers, 2015. Water transmission project of Kerman northern cities. Tehran, Iran. (In Persian)
McPherson, D.L. 2009. Air valve sizing and location: a prospective. In Pipelines 2009: Infrastructure's Hidden Assets, 905-919.
Ramezani, L., Karney, B. & Malekpour, A. 2015. The challenge of air valves: a selective critical literature review. Journal of Water Resources Planning and Management, 141(10), 04015017.
Traudt, T., Bombardieri, C. & Manfletti, C. 2016. Influences on water-hammer wave shape: an experimental study. CEAS Space Journal, 8, 215-227.
USDA, 2009. Structural Engineering National Engineering Handbook, Structural Design of Flexible Conduits, USDA Press, US.
Vasconcelos, J. G. & Wright, S. J. 2008. Rapid flow startup in filled horizontal pipelines. Journal of Hydraulic Engineering, 134, 984-992.
Wu, Y., Xu, Y. & Wang, C. 2015. Research on air valve of water supply pipelines. Procedia Engineering, 119, 884-891.
Zhou, L. & Liu, D. 2013. Experimental investigation of entrapped air pocket in a partially full water pipe. Journal of Hydraulic Research, 51, 469-474.
Zhou, L., Liu, D., Karney, B. & Zhang, Q. 2011. Influence of entrapped air pockets on hydraulic transients in water pipelines. Journal of Hydraulic Engineering, 137, 1686-1692.