دراسة نافورة إيقاعية

دراسة نافورة إيقاعية

تصميم نافورة خطية مكونة من ست مجموعات مستقلة؛ من الحسابات الهيدروليكية إلى ضبط حركة الماء والضوء

تخلق النافورة الإيقاعية حركة مرئية من خلال التغيير المبرمج للارتفاع وتسلسل نشاط النافورة. وتعتمد جودة هذه الحركة على التنسيق بين ترتيب الفوهات ودوائر المياه واستجابة المضخات وبرنامج التحكم.

ويتناول هذا الفصل نموذجاً تعليمياً من البداية وحتى مرحلة التخطيط لاختبار التسليم. الهدف هو إظهار أهمية قرارات التصميم: كيف يترجم الطلب البصري إلى تجميع المعدات، ونقطة تشغيل المضخة، والجدول الزمني، ومعايير القبول.

هذه الدراسة هي مشروع تعليمي افتراضي. لا يُنسب إليه اسم صاحب العمل أو الموقع الفعلي أو رضا العملاء أو نتائج الأداء. كما أن أحجام الفوهات وكفاءاتها وأوقات الاستجابة هي أيضًا افتراضات ولا تعتبر من مواصفات منتجات GSO.

على موقع GSO يتم عرض المشاريع الإيقاعية كمجموعات مستقلة. ومن أجل تحويل الدراسة الحالية إلى ملف مشروع حقيقي، يجب استبدال معلومات نفس المشروع بافتراضات حسب صيغة الفصل 41. مشاريع النافورة الإيقاعية GSO ^[301]

45–1. تعريف المشكلة وحاجة صاحب العمل

من المفترض أنه سيتم تصميم ميزة مائية خطية للعرض العام على حافة رصيف المدينة. وتعتبر المساحة المحيطة مكاناً لعبور المواطنين والتوقف فيه لفترة قصيرة، كما أنها تستخدم ليلاً.

المطالب الرئيسية هي:

• خلق حركة مرئية على طول الرصيف .

• أداء برامج مختلفة دون الاعتماد على الموسيقى.

• إمكانية خفض الارتفاع في ظروف الرياح غير المواتية.

• الوصول المناسب للتنظيف والإصلاح.

• إمكانية مواصلة العرض البسيط في حالة مغادرة المجموعة للحلبة.

• تسجيل الأخطاء وتبسيط عمل المشغل.

هذه النافورة مخصصة للعرض من خارج البركة. اللعبة المائية أو دخول المستخدمين للمسبح ليس ضمن نطاق المستخدم الخاص بها.

العمق المحدد في هذا الجدول هو افتراض حجمي ولا يشير وحده إلى سلامة البركة. يجب تصميم تفاصيل الحواف ومنع التطفل والاتصال بمسار السفر بشكل منفصل.

45–2. الترتيب المكاني للفوهات

يتم وضع الفوهات في صفين متوازيين. ينقسم طول النافورة إلى ست مناطق ولكل منطقة أربع فوهات. فوهتان لكل صف.

يتم تحديد المجموعات من بداية النافورة إلى نهايتها بالمعرفات من G1 إلى G6.

يتيح هذا الترتيب ثلاثة أنماط رئيسية:

الحركة الخطية: زيادة الارتفاع من G1 إلى G6 أو العكس.

الحركة المتناظرة: نشاط أزواج G1 وG6، ثم G2 وG5، ثم G3 وG4.

تناوب المجموعات: تغيير ارتفاع المجموعات الفردية والزوجية.

الفوهات الأربع الموجودة داخل كل مجموعة لها أمر مشترك؛ ولذلك فإن التصميم يحتوي على ست وحدات مستقلة للتحكم في المياه، وليس 24.

يتم تحديد الموقع الدقيق للفوهات بعد التحقق من نقاط الرش والرياح والرؤية والوصول إلى الخدمة. أبعاد البركة وحدها لا تضمن بقاء الرش في جميع الأوضاع.

شكل 45-1 — خطة التجميع

ارسم مخططًا لبركة مقاس 18 × 5 مترًا. 6 مساحات بألوان مختلفة و24 فوهة في صفين. ويجب أيضًا عرض مسار العرض الرئيسي وموقع المعدات واتجاه العرض.

* العنوان الفرعي: "التركيب المفاهيمي للعينة التعليمية؛ المسافات النهائية تخضع لاختيار المعدات وفحص الرش.

45–3. اختيار معمارية دائرة المياه

في هذا المثال، تم تحديد ست دوائر مستقلة:

البركة ← الشفط المخصص ← المضخة الجماعية ← الخط الرئيسي ← أربعة فروع للفوهة ← عودة الماء إلى البركة

تقوم جميع الدوائر بسحب المياه من حوض سباحة مشترك، لكن خرج المضخات غير متصل بمجمع ضغط مشترك.

يعمل هذا الاختيار على تبسيط إعداد كل مجموعة ويقلل من اعتماد المجموعات على بعضها البعض في الضغط. على العكس من ذلك، يزداد عدد المضخات والمحركات ونقاط الخدمة.

خيار آخر هو استخدام مضخة مشتركة ومعدات تعديل فرعية مستقلة. يتطلب هذا الخيار التحقق من سلوك الضغط عند تغيير الفروع في وقت واحد وهو ليس ضمن نطاق هذا المثال.

يتم توفير المرافق التالية لكل دائرة:

• التفكيك للإصلاح.

• الوصول إلى الفلتر والمضخة.

• مكان قياس الضغط والتدفق .

• إمكانية الإخلاء.

• فتح الاتصال لاستبدال المعدات.

• الإعداد الأولي لتوزيع التدفق بين أربع فوهات.

يجب وضع الشفط ومكان العودة لدائرة التنقية بحيث لا يحدث دخول الهواء ودوامة وتراكم التلوث وتقلب غير مناسب للسطح.

45–4. افتراض أداء الفوهة وحساب معدل التدفق

بالنسبة للوضع الطويل، يتم تعريف الأداء الافتراضي لكل فوهة على النحو التالي:

هذه القيم الثلاث هي المواصفات الافتراضية لنقطة الأداء. في المشروع الفعلي، يجب الحصول على العلاقة بين الارتفاع والتفريغ والرأس من وثائق الشركة المصنعة أو اختبار صالح.

في هذا المثال، يعني إجمالي رأس المدخل مجموع رأس الضغط والسرعة في القسم المرجعي لمدخل الفوهة. إذا ذكر الكتالوج ضغط المدخل فقط، فيجب تضمين مساهمة السرعة بشكل صحيح في معادلة الطاقة.

تدفق كل مجموعة:

$Q_g=4\times 0.9=3.6m^3/h$

تحويل إلى وحدة الحساب المناسبة:

$Q_g=\frac{3.6}{3600}=0.001m^3/s$

إجمالي التفريغ لستة مجموعات في الوضع العالي في نفس الوقت:

$Q_{display}=6\times 3.6=21.6m^3/h$

هذا الرقم هو معدل تدفق الدورة الدموية لدوائر العرض؛ ولا يمكن الحصول منه مباشرة على الاستهلاك التعويضي للمياه أو معدل التدفق اللازم للتنقية.

45–5. حساب فقدان المسار للمجموعة

بالنسبة للمسار الحرج للمجموعة، يتم أخذ الافتراضات التالية بعين الاعتبار:

تعتبر الأقطار أقطارًا داخلية مفترضة ولا ينبغي تحويلها إلى أحجام الأنابيب الاسمية دون التحقق منها.

من المفترض أن يكون معامل الاحتكاك لدارسي 0.025 للحساب التعليمي. في التصميم النهائي، هذا المعامل هو دالة للمواد والخشونة وعدد رينولدز وظروف التدفق.

معدل التدفق:

$v=\frac{4Q}{\pi D^2}$

الهبوط الطولي:

$h_f=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}$

الهبوط المحلي:

$h_m=K\frac{v^2}{2g}$

مع $g=9.81m/s^2$ النتائج هي:

إن سقوط أربعة فروع متوازية لا يضيف ما يصل. لتحديد رأس المضخة، يتم فحص المسار إلى الفوهة الحرجة؛ يجب التحكم في توزيع التدفق المناسب بين الفروع بشكل منفصل.

يتم افتراض قيم $K$ في هذا المثال لمجموعة مكونات كل مسار. وفي الحساب الفعلي يجب إدخال الصمامات والمصافي والأكواع والمكونات الأخرى حسب المواصفات المختارة.

45–6. الرأس المطلوب واختيار المضخة الأولي

من المفترض أن يكون الجزء المرجعي لمدخل الفوهة أعلى من مستوى الماء الحر في البركة بمقدار 0.15 متر.

مطلوب رئيس الدائرة:

$H_p=H_{nozzle}+\Delta z+h_{loss}$

$H_p=5+0.15+0.873=6.023m$

ولذلك فإن نقطة الاعتبار عند الاختيار الأولي لأي مضخة تساوي تقريبًا:

$Q=3.6m^3/hH\approx 6.1m$

إن تقريب الرقم إلى 6.1 متر لا يعد احتياطيًا عامًا للتصميم أو توصية ثابتة لجميع المشاريع.

يجب أن يتم اختيار النموذج النهائي عن طريق التحقق من المنحنى الفعلي للمضخة والدائرة. لا يزال يتعين السيطرة على ما يلي:

• الأداء على جميع ارتفاعات العرض.

• المسافة المسموح بها ونطاق التدفق.

• الكفاءة في نقاط العمل.

• ظروف الشفط والهامش الملائمة بالنسبة إلى NPSH المطلوبة؛

• سلوك بدء التشغيل وإيقاف التشغيل.

• توافق المحرك ومحرك الأقراص.

• الطاقة المطلوبة في نطاق التشغيل بأكمله.

إن وضع المضخة تحت مستوى الماء وحده لا يكمل فحص الشفط. إن انخفاض التسطيح ودرجة حرارة الماء وارتفاع الموقع وظروف التثبيت فعالة أيضًا.

حساب الطاقة

الطاقة الهيدروليكية عند النقطة المحددة:

$P_h=\rho gQH$

$P_h=1000\times 9.81\times 0.001\times 6.1=59.84W$

إذا كانت الكفاءة الإجمالية من مدخلات طاقة المحرك إلى الطاقة الهيدروليكية هي افتراضيًا 0.38:

$P_{electrical}=\frac{59.84}{0.38}\approx 157.5W$

للحصول على تقدير أولي، يُفترض أن تكون طاقة الإدخال لكل مجموعة في الوضع العالي حوالي 0.16 كيلو واط.

هذا الرقم ليس القوة الاسمية الموصى بها للمحرك. أيضًا، إذا كانت الكفاءة المستخدمة مرتبطة فقط بالمضخة، فيجب النظر في خسائر المحرك والمحرك بشكل منفصل. تم أيضًا شرح تفاصيل كفاءة مجموعة المضخة والمحرك في المرجع الفني لشركة KSB. تعريف الكفاءة في نظام الضخ KSB ^[302]

45–7. دائرة التحكم في حجم الماء ومستوى وتنقيته

الحجم الهندسي الأولي لمياه البركة:

$V=18\times 5\times 0.35=31.5m^3$

في الحجم الفعلي، يجب أيضًا التحقق من شغل المعدات وتفاصيل الهيكل وحجم الماء في أجزاء أخرى من الدائرة.

عند بدء العرض يتم وضع جزء من الماء في الممرات والنوافير، وبعد التوقف يعود إلى البركة. لذلك، يجب أن يميز التحكم في المستوى بين التغيير قصير المدى الناتج عن العرض والانخفاض الفعلي للمياه.

على سبيل المثال، إذا كانت الزيادة في حجم الماء خارج البركة أثناء التشغيل افتراضيا 0.3 متر مكعب:

$\Delta h=\frac{0.3}{18\times 5}=0.00333m$

يعني حوالي 3.3 ملم من متوسط تغير السطح. ومن الممكن أن تتجاوز الموجات المحلية هذه القيمة؛ يجب أن يأخذ موقع المستشعر ومنطق التحكم ذلك في الاعتبار.

دائرة تنقية مستقلة

لبيان طريقة الحساب، إذا كان زمن التداول الاسمي يفترض ستة ساعات:

$Q_f=\frac{31.5}{6}=5.25m^3/h$

إن عدد ست ساعات هو افتراض تربوي وليس معيارا صحيا عاما لنوافير المياه. يجب تحديد معدل تدفق المعالجة النهائي وطريقة التطهير وبرنامج المراقبة بناءً على التطبيق وظروف المياه والمتطلبات المعمول بها.

كما أن حجم تداول المياه وحده لا يعني التحكم في الصرف الصحي. من المهم تنظيف الأسطح ومنع الترسيب والأغشية الحيوية وإدارة ظروف التشغيل. تعتبر إرشادات مركز السيطرة على الأمراض (CDC) أيضًا التنظيف والتطهير جزءًا من إدارة النوافير المزخرفة. إدارة الليجيونيلا في النوافير المزخرفة، مركز السيطرة على الأمراض ^[303]

الشكل 45-2 - الدوائر المستقلة

أظهر ست دوائر من الخزان إلى المضخات ومجموعات الفوهات. ارسم دائرة الفلتر بلون مختلف. وينبغي أيضًا تحديد المياه التعويضية والفيضان والتفريغ.

*العنوان الفرعي: "المعالجة المستقلة تسمح بإدارة جودة المياه دون الاعتماد المباشر على الأداء."*

45–8. معمارية التحكم والإضاءة

لكل مجموعة، يتم أخذ أمر مستقل لتشغيل المضخة بعين الاعتبار. تقوم وحدة التحكم المركزية بإدارة التوقيت وكمية الأوامر للمجموعات.

في الإضاءة، يفترض وجود 24 مصباح RGB. إذا كان كل ضوء يستهلك ثلاث قنوات DMX في الوضع المحدد:

$N_{channels}=24\times 3=72$

هذا الرقم مرتبط فقط بالسطوع. قد تحتوي أوضاع المصباح الفعلية على قنوات إضافية للكثافة الإجمالية أو وظائف إضافية؛ يجب تعيين خريطة العناوين وفقًا للجهاز المحدد.

يتم التحكم في المضخات في هذا المثال من مسار الاتصال الصناعي أو الأمر المناسب لمحرك الأقراص. لا يحدد عدد قنوات الإضاءة عدد أوامر المضخة.

يجب أن تحتوي وحدة التحكم على عدة أوضاع محددة:

يجب ألا يكون أمر العرض التوضيحي قادرًا على تجاوز حماية المعدات الضرورية. يعد اختيار الحماية الكهربائية وطاقة المصباح والمطابقة والمعدات المناسبة للبيئة الرطبة جزءًا من التصميم الكهربائي التفصيلي ولا يتم استبداله باختيار وحدة التحكم.

45–9. تحويل الارتفاع المستهدف إلى أمر المضخة

تم تحديد ثلاثة ارتفاعات مستهدفة للبرنامج:

تشير هذه الأسماء إلى خرج الماء، وليس إلى نسبة تردد القيادة.

أمر 50% لا يؤدي بالضرورة إلى إنشاء ارتفاع 50%. يؤثر منحنى المضخة والرأس الثابت وفقدان المسار وخصائص الفوهة ونطاق العمل المسموح به على علاقة التوجيه والارتفاع.

ويجب إعداد جدول التكيف لكل مجموعة:

أولاً، تكون الفوهات الأربع الموجودة داخل كل مجموعة متوازنة؛ ثم يتم مطابقة المجموعات مع بعضها البعض. إن زيادة سرعة المضخة للتعويض عن الفوهة المسدودة أو الفرع غير المتوازن ليست طريقة جيدة للتعديل.

إذا كان الارتفاع القصير غير متوافق مع نطاق التشغيل المسموح به للمضخة، فيجب تعديل اختيار المعدات أو تعريف العرض.

45–10. عينة من البرنامج الإيقاعي

بالنسبة لهذا التصميم، يُقترح دورة عرض مدتها 120 ثانية.

يتم تحديد مدة الانتقال والحد الأدنى من وقت البقاء في كل وضع وسرعة تغيير الأمر بعد اختبار الجهاز. الجدول أعلاه هو العمل الفني الأولي.

في البرنامج الأساسي، يتم تغيير الارتفاع من خلال تغيير المسافة بشكل متحكم فيه. إن الإيقاف المتكرر وتشغيل الطاقة الحركية لخلق الإيقاع ليس أساس هذا المثال.

إذا كان التصميم يتطلب قطعًا سريعًا للمياه، فيجب اختيار المعدات المناسبة لهذا السلوك من البداية. إن القدرة على تشغيل موجة بطيئة ليست هي نفسها القدرة على إحداث صدمات مائية سريعة.

الشكل 45-3 — عرض الجدول الزمني

ارسم ستة صفوف من G1 إلى G6 وصفًا واحدًا للضوء. عرض الارتفاع المستهدف لكل مجموعة خلال الدورة. يجب أن تكون حدود المشاهد والانتقالات الناعمة واضحة.

45–11. قياس تأخير الاستجابة والتعويض

وقت إرسال الأمر ليس هو نفس وقت رؤية تغير الارتفاع. يمكن أن يكون سبب التأخير هو القيادة، وتسارع المحرك، ودائرة المياه وحركة النافورة.

لتعليم طريقة التعديل، لنفترض أن الوقت الذي ستصل فيه كل مجموعة إلى 90% من تغير الارتفاع المستهدف هو كما يلي:

هذا الجدول ليس نتيجة الاختبار الفعلية.

في هذا المثال، يمكن إرسال أمر المجموعة الأسرع لاحقًا لجعل المجموعات تصل إلى النقطة المحددة في وقت واحد تقريبًا. بالإشارة إلى 1.2 ثانية:

$t_{delay,i}=1.2-t_{response,i}$

بالنسبة إلى G1:

$t_{delay,G1}=1.2-0.8=0.4s$

ونتيجة لذلك، يتم إرسال الأمر G1 بعد أربعة أعشار من الثانية بعد الأمر G5.

هذا التعويض صالح فقط لنفس ظروف الانتقال والاختبار. قد تختلف الاستجابات لأعلى ولأسفل ومن البداية إلى التوقف. المعيار الأخير هو مراقبة وقياس سلوك الماء.

في خدماتها، تقدم Crystal Fountains أيضًا اختبار العينات والمحاكاة وإعداد العرض عند بدء التشغيل للتحقق من الأداء وتحقيق التصميم. خدمة فنية واختبار نوافير كريستال ^[304]

45–12. منطق الريح والخطأ والعودة إلى العمل

يمكن للرياح أن تنفخ الرذاذ خارج منطقة حمام السباحة. في هذا المثال، يتم النظر في ثلاث حالات:

• عرض عادي.

• عرض على ارتفاعات منخفضة.

• إيقاف العرض.

ينبغي تحديد حدود سرعة الرياح من ظروف الموقع واختبار الرش. تحديد رقم ثابت غير مناسب لجميع النوافير.

لتجنب التغييرات المتكررة في الحالة بالقرب من الحدود، يجب أن يكون لمنطق التحكم تأخير زمني وفرق مناسب بين عتبات الدخول والخروج.

التوقف الناعم مخصص لتغييرات العرض العادية. في حالة السلامة الحرجة، يجب أن يتبع نوع وتوقيت التوقف منطق السلامة ولا ينبغي تأخيره لمجرد الحفاظ على جماليات العرض.

45–13. تقدير استهلاك الطاقة اليومي

الطاقة المدخلة لستة مضخات في الوضع العالي، بناءً على الافتراض السابق:

$P_{display,max}\approx 6\times 0.16=0.96kW$

هذا الرقم ليس القوة الثابتة للبرنامج الإيقاعي.

بالنسبة للتقدير اليومي، يتم أخذ الافتراضات التالية بعين الاعتبار:

يتم الحصول على الطاقة الكاملة للإضاءة من 24 مصباح بقدرة 18 وات وكفاءة افتراضية 90% لإمدادات الطاقة:

$P_{lighting,input}=\frac{24\times 18}{0.90}=480W$

متوسط قوة المضخات في الجدول هو افتراض مستقل للتقدير ولا يتم استخلاصه بدقة من الجدول الزمني للعرض. وفي المشروع الحقيقي يجب تسجيل أو قياس قوة كل دولة ومدة وجودها.

ويجب أيضًا تحديد ساعات عمل المعالجة وفقًا لخطة إدارة المياه؛ رقم المثال هذا ليس توصية تشغيل عامة.

45–14. ترتيب التنفيذ والتعديل

تتم جدولة تشغيل العينة على النحو التالي:

1. توحيد الخريطة المعمارية وطرق المنشأة وموقع الخدمة. 2. تنفيذ الهيكل وتمرير الأجزاء والتحكم في الختم. 3. تركيب الدوائر المستقلة وتسجيل معرف المعدات. 4. اختبار الأنابيب وغسل الطرق. 5. تركيب الفوهات والأضواء ومعدات التحكم. 6. إجراء الاختبارات الكهربائية قبل التشغيل. 7. نزح المياه وإعداد دائرة التنقية. 8. تعديل المجموعات الفردية. 9. قياس الاستجابة العابرة وتعديل البرنامج. 10. الاختبار والتدريب والتسليم المتكامل.

يجب أن تتم البرمجة النهائية بعد التعديل الهيدروليكي. إذا كان ارتفاع الفوهة أو تدفق الفرع غير متوازن، فإن تصحيح التوقيت وحده لن ينتج عنه عرض منتظم.

الشكل 4-45 - إعداد المجموعات

اختر صورة لإعداد الفوهة وصورة للاختبار الجماعي من أرشيف الشركة. يجب تضمين اسم المشروع الحقيقي وموضوع الصورة في التسمية التوضيحية؛ لا ينبغي تقديم الصور كنموذج افتراضي لتطبيق هذا الفصل.

45–15. برنامج الامتحان ومعايير القبول

قبل التسليم، يجب أن يكون واضحًا كيف سيتم فحص كل طلب.

يجب تسجيل ظروف الاختبار، مثل الرياح ومستوى الماء وحالة الفلتر ووضع البرنامج. وبدون هذه المعلومات، قد لا تكون مقارنة نتائج جلستي الاختبار صحيحة.

يجب تحديد التفاوتات قبل الاختبار ووفقًا للمعدات؛ ولا ينبغي أن يتغيروا بعد رؤية النتيجة لمجرد قبول الوظيفة.

45–16. وثائق التسليم وخطة التشغيل

يجب أن يتضمن ملف تسليم هذه العينة ما يلي:

• خريطة إنشاء دوائر الماء والكهرباء.

• قائمة المعدات مع مجموعات الهوية.

• جدول الأوامر المقابلة لضبط الارتفاعات.

• ملف البرنامج ونسخة احتياطية.

• خريطة معالجة الإضاءة.

• نتائج الاختبارات الهيدروليكية والكهربائية.

• منطق الخطأ، والرياح والعودة إلى العمل.

• برنامج التنظيف والتنقية والخدمة.

• طريقة إزالة مجموعة من الدائرة .

• قائمة قطع الغيار وطريقة الطلب.

• تسجيل تدريب المشغلين.

يجب أن يكون المشغل قادرًا على معرفة الفرق بين انخفاض الارتفاع الناجم عن البرنامج، والفوهة المسدودة، وانخفاض مستوى الماء، وخطأ في المضخة.

من المهم أيضًا تسجيل حالة كل مجموعة. إذا كان جهاز G3 خارج الدائرة، فلا ينبغي للتقرير أن يقول فقط "النافورة قيد التشغيل"؛ يجب تحديد نوع الخدمة المقدمة والقيد الحالي.

45–17. مخرجات الدراسة والخبرة قابلة للتحويل

ناتج الحساب الأولي لهذا المثال هو:

هذا الجدول هو نتيجة لتصميم أولي وليس تقرير أداء لمشروع تم تنفيذه. يجب إكمال نموذج المعدات النهائي وظروف الشفط ومعاملات السقوط الفعلية ونطاق العمل المسموح به وإعدادات الوقت في التصميم والاختبار التفصيلي.

التجربة الرئيسية لهذه الدراسة هي العلاقة بين التجمع المكاني واستقلال الدوائر والاستجابة الزمنية للمياه. يجد البرنامج الإيقاعي الجودة المتوقعة عندما يتم ضبط هذه الأجزاء الثلاثة مع الإضاءة ويتم فحص النتيجة من الموقع الفعلي للجمهور.