مقالات
در حال خواندن
ضربه قوچ(Water Hammering)
0

ضربه قوچ(Water Hammering)

توسط میلاد سکاکی۵ فروردین, ۱۳۹۶

ضربه قوچ که دربعضی ازمتون فارسی از آن به عنوان «چکش آبی » یا ” آب کوبه ” نیز یاد شده است که از ترجمه واژه «Water Hammering» آمده است. این پدیده در خطوط لوله جریان تحت فشار اتفاق می افتد و بوضوح بر قوانین فشار، تغییرات دبی یا تغییرات سرعت جریان وشرایط زمانی و مکانی حرکت سیال استوار است.ضربه قوچ اصطلاحی است که از زبان فرانسوی ترجمه شده است Coup DE Belierو معادل انگلیسی آن ، چکش آبی Water Hammer است . که وجهاسمیه این نام گذاری صدای چکش مانند ناشی از این پدیده است.پدیده ضربه قوچ از تغییر ناگهانی سرعت جریان آب در خطوط لوله بوجود می آید .

آب از محوری ترین عوامل توسعه جوامع انسانی است و از دیرباز نقش عمده ای در زندگی بشر ایفا نموده و با زندگی او آمیخته است. تمدن های اولیه به اتفاق در کنار منابع طبیعی آب شکل گرفته و گسترش پیدا کرده اند. در طی گذشت سالها با افزایش رشد و پراکندگی جمعیت و گسترش نیازهای کشاورزی، صنعتی و شرب دیگر ممکن نبود که بشرخود را به شرایط محیطی محدود کند و یا با صرف زمان بسیار و با هزینه ی زیاد اقدام به ساخت ابنیه های نگهداری آب کند که عموماً ظرفیت محدودی نیز دارند. لذا بشر به ا نتقال آب روی آورد.

نحوه انتقال آب بسته به موقعیت جغرافیایی و محیطی متفاوت بوده است . درمناطق پر آب از نهرهای روباز به منظور انتقال آب استفاده شده است . در مناطق کم آب روش های دیگری برگزیده شده است که از آن جمله می توان به حفر قنات و انتقال آب زیر زمینی در مسافت های طولانی اشاره کرد که این روش از شاهکارهای مهندسی آب می باشد که توسط ایرانیان ابداع شده است. استفاده از خطوط لوله ای انتقال آب، یکی دیگر از روشهای انتقال آب می باشد که با پیشرفت بشر در قرون اخیر میسر شد. این روش ضمن کاهش اتلاف آب، انتقال حجم دلخواه آب با شدت مورد نظر را میسر می سازد. در طراحی سیستم های هیدرولیکی تحت فشار تحلیل جریانهای ناماندگار بحث بسیار مهمی است. جریان های ناماندگار در لوله ها به شکل های گوناگونی ممکن است رخ دهدکه یکی ازاشکال آن،جریان ناماندگار«میرا»می باشد که به طور خاص«ضربه قوچ»نامیده می شود.

عوامل ایجاد کنند جریان نا ماندگار

  • باز و بسته کردن شیرهای قطع و وصل
  • روشن و یا خاموش کردن پمپ ­ها
  •  بهره­برداری از شیرهای یکطرفه ، خلأ ، فشار شکن و غیره ….
  • ترکیدن لوله ­ها
  • تخلیه هوا و یا هواگیری نادرست در خط لوله
  •  پرکردن خطوط لوله خالی
  •  هوای حبس شده  در خطوط لوله
  • نوسانات مصرف برق در توربین­های آبی

ضربه قوچ از دیدگاه عملی موجی از فشار است که در اثر تغییر ناگهانی دبی جریان در لوله ها ایجاد می شود.دلایل متعددی در بروز این پدیده می توانند نقش داشته باشند. مثلاً در اثر باز یا بسته شدن شیرهای متصل به یک شبکه لوله ، چنانچه باز و بسته شدن شیر سریع باشد، باعث ایجاد امواج شدیدی می گردد که اختلاف فشار زیادی را ایجاد می کند. همینطور خاموش یا روشن کردن ناگهانی یک پمپ محوری در یک سامانه لوله کشی نیز باعث ایجاد امواج فشاری از نوع تراکمی یا انبساطی می شود. ضربه قوچ عموماً همراه با ایجاد صوت است. اما همواره چنین نیست یعنی ممکن است ضربه قوچ بدون اینکه صدایی ایجاد کند ، خسارت سنگینی در حد ترکیدن لوله به بار آورد.

پمپ ها مهمترین بخش تاسیسات مکانیکی و تهویه مطبوع می باشد که در مسیر چیلر و هواسازها و یا یونیت های کوچکتر مانند فن کویل قرار می گیرند. پمپ ها می توانند در برخی ار موارد خسارت جبران ناپذیری به سیستم وارد کنند از این رو بررسی علل و عوامل آن یک امری اجتناب ناپدیر است.

ضربه قوچ در پمپ ها

هر گاه در شبکه ای با خطوط طویل ، به هر علتی سرعت سیال ناگهان قطع شود ، موجهای فشاری در شبکه به وجود می آید ، که این موجها می توانند چندین برابر فشار کار دستگاه ( پمپ ) ، فشار تولید نمایند ، و موجب به وجود آمدن تنش های بسیار زیادی در اجزاء شبکه گشته و باعث صدمات فراوانی به شبکه شوند ، و در بدترین حالات باعث شکستگی پوسته پمپ و لوله ها و اتصالات شبکه می شود .

در موقع قطع برق موتور پمپ های دورانی یا سانتریفوژ ( قطع ناگهانی برق یا خاموش کردن ناگهانی پمپ ) ، نیروی محرکه دوران دهنده پروانه پمپ سریع قطع می گردد ، به همین دلیل سرعت جریان سیال بطور ناگهانی تغییر می یابد ، و انرژی سینتیک از حالت فشار به مکش در خروجی پمپ تبدیل می شود ، در این تغییر ، امواج فشاری شدیدی در امتداد لوله خروجی پمپ پیش می رود ، و این امواج در اثر برخورد با مانع ( منبع آب ) منعکس و برگشت می کند ، موج برگشتی جهت جریان سیال را در پمپ عوض کرده و دبی ماکزیممی در جهت عکس ، از پمپ جریان می یابد و پمپ به صورت توربین در جهت عکس چرخش اولیه خود شروع به چرخش می نماید و برای مدت کوتاهی پمپ همانند توربین آبی عمل می نماید

همان طور که گفته شدبر اثر قطع ناگهانی نیروی محرکه پمپ ، برای زمان کوتاهی پمپ مانند توربین آبی ( Water Turbine ) عمل می نماید ، و کاهش ناگهانی حرکت سیال موجب می شود ، فشار داخل لوله خروجی پمپ از فشار اتمسفر کمتر گردد . همچنین به علت اصطکاک درونی پمپ و موتور ، کاهش قابل ملاحظه ای در خروجی پمپ ایجاد می نماید ، که مجموعه این عوامل باعث تبخیر آب و قطع جریان آن در خروجی پمپ می شود ، و حداقل فشاری در حد فشار بخار آب در لوله خروجی ایجاد می گردد . عمل تشکیل ، بخار باعث جدا شدن ستون آب از پمپ می گردد ( پدیده جدا شدن ستون آب ، همان جدا شدن مایع است ، که در اثر کشش بیش از حد ، وقتی فشار کاهش یافته و نزدیک فشار تبخیر می شود به وجود می آید . ) ، و این کاهش فشار درلوله با سرعت و به صورت موج حرکت نموده ، و ادامه پیدا می کند، تا به مخزنی که آب به آن پمپ می شود ، می رسد ، این حرکت موجی بر اثر برخورد با این مانع منعکس گشته ، و ستونهای آب جدا شده مجدداٌ به هم متصل شده و به صورت یک موج افزایش یافته دوباره به سمت پمپ برمی‌گردد . و به پمپ ضربه وارد می نماید  ( ضربه قوچ ) ، و این پدیده مجدداً تکرار می شود.

در خلال حرکت موج فشار در لوله ، مقداری از انرژی آن در اثر اصطکاک از بین می رود . موج فشاری ناشی از افزایش فشار موج تراکم و موج فشاری ناشی از کاهش فشار موج انبساط نام دارد ، امواج تراکم در برخورد با مانع نرم مانند منبع آب ، هوا و … به صورت موج انبساط و در برخورد با مانع سخت مانند شیر یکطرفه ، دیوار و … بصورت اموج تراکم منعکس می شود ، این مسئله در مورد موج انبساط نیز صدق می کند . افت فشاری که بر اثر اصطکاک داخل لوله به وجود می آید روی نوسانات فشار تأثیر نموده و کم کم آن را مستهلک و سیستم به حالت تعادل در می آید . پتانسیل تخریبی ضربه قوچ با صدای ناشی از آن قابل تشخیص است، ولی مواردی بوده است که صدای ضربه قوچ شنیده نشده است ، اما باعث منهدم شدن لوله گردیده ، که پس از آنالیز آن مشخص شده است که تخریب به وسیله پدیده ضربه قوچ بوده است ، ضربه قوچ سریع و زود گذر است ، ولی ضربات بسیار مخرب دارد ، و تعیین شدت آن در بعضی از مواقع بی نهایت دشوار می باشد.

پدیده ضربه قوچ در زمان استارت پمپ هم به وجود می آید و باعث ازدیاد فشار اضافی در پمپ و لوله می گردد . ولی مشکلات و مخاطرات ناشی از آن کمتر از ضربه قوچ هنگام خاموش شدن پمپ می باشد. در ابتدای راه اندازی پمپ ، میزان جریان آب حدود صفر می باشد ، و با ازدیاد ناگهانی فشار بر اثر چرخش پروانه و ایجاد جریان سریع ، موج فشاری برابر با فشار ضربه قوچ (در حالتی که شیر بسته باشد ) ایجاد می نماید .

روش های جلوگیری از ضربه قوچ(ضربه آبی)

یکی از معضلات سیستم های انتقال بخار پدیده ضربه آبی است که در صورت بروز با   سروصدا و آسیب های جدی به لوله ها و اجزاء سیستم،مانند تله های بخار،تخلیه کننده ها همراه خواهد بود. در این سیستم ها دو نوع ضربه داریم.

 در اثر تجمع قطرات تقطیرشده در قسمت  افقی  لوله های بخار و  عبور بخار با سرعت بالا درمجاورت این قطرات ضربه اتفاق می افتد. در اثر برخورد بخار سریع  (تا ۵۰  (m/s با قطرات مایع لرزش ایجاد شده و در صورت حجیم بودن توده آب تشکیل شده حرکت این توده با سرعت نزدیک سرعت بخار و برخوردآن به اولین زانوئی مسیر،نیروی فوق العاده ای بر زانوئی اعمال شده که ممکن است منجر به شکست لوله گردد.

ضربه آبی نوع دوم همان کاویتاسیون است که در اثر شکل گرفتن حباب های بخار در لوله ای که از آن آب عبور می کند رخ می دهد چنانچه در اثر تبادل حرارت بخارها تقطیر شوند حبابهای بخار ترکیده و پدیده کاویتاسیون رخ می دهد دراینصورت امکان آسیب دیدگی تله های بخار و اجزاء دیگر سیستم وجود دارد.

جلو گیری از ضربه قوچ در پمپ ها 

 همانطور که می دانیم تغییر ناگهانی سرعت جریان بصورت موج در امتداد لوله حرکت نموده و تغییر ممنتوم ناشی از آن باعث ایجاد فشار قابل ملاحظه ای می شود که چنانچه این فشار تعدیل نشود پمپی که می بایست حداقل ۱۰  سال کار نماید در کمتر از ۱۰ ماه از بین می رود برای کاهش آن بخصوص در زمان خاموش شدن پمپ راههای ذیل پیشنهاد می شود:

 ایجاد شیر یکطرفه بر روی لوله رانش (البته شیر یکطرفه از خطرات ناشی از ضربه قوچ  مصون نیست و می بایست  بطور متوسط هر یک ماه یکبار بازدید شود)  ، نصب  شیر اطمینان برای تنظیم فشار  ، یکی از بهترین راههای کاهش  ضربه قوچ  استفا ده از  یک محفظه هوا   در مجاورت  خط لوله که قسمت پائینی آن پر از آب بوده وقسمت بالائی آن هوای فشرده  محبوس است می باشد، بدین ترتیب که محفظه هوا را به هر شکل دلخواه هندسی می توان ساخت و بصورت افقی ، قائم یا کج نصب نمود ،وقتی پمپ بطور ناگهانی خاموش می شود هوای داخل محفظه انبساط می یابد و آب انتهای آنرا به لوله رانش منتقل می کند،شیر یکطرفه لوله رانش بسته می شود وموج برگشتی به داخل محفظه هوا جریان می یابد.

واکنش شما چیست؟
I like it
50%
interested
50%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید