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 كردن پمپ ­ها
  •  بهره­برداری از شیرهای یكطرفه ، خلأ ، فشار شكن و غیره ….
  • تركیدن لوله ­ها
  • تخلیه هوا و یا هواگیری نادرست در خط لوله
  •  پركردن 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 مهمترين بخش تاسيسات مکانيکي و تهويه مطبوع مي باشد که در مسير چيلر و هواسازها و يا يونيت هاي کوچکتر مانند فن کويل قرار مي گيرند. پمپ ها مي توانند در برخي ار موارد خسارت جبران ناپذيري به سيستم وارد کنند از اين رو بررسي علل و عوامل آن يک امري اجتناب ناپدير 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 ناگهاني نيروي محركه پمپ ، براي زمان كوتاهي پمپ مانند توربين آبي ( Water Turbine ) عمل مي نمايد ، و كاهش ناگهاني حركت سيال موجب مي شود ، فشار داخل لوله خروجي پمپ از فشار اتمسفر كمتر گردد . همچنين به علت اصطكاك دروني پمپ و موتور ، كاهش قابل ملاحظه اي در خروجي پمپ ايجاد مي نمايد ، كه مجموعه اين عوامل باعث تبخير آب و قطع جريان آن در خروجي پمپ مي شود ، و حداقل فشاري در حد فشار بخار آب در لوله خروجي ايجاد مي گردد . عمل تشكيل ، بخار باعث جدا شدن ستون آب از پمپ مي گردد ( پديده جدا شدن ستون آب ، همان جدا شدن مايع است ، كه در اثر كشش بيش از حد ، وقتي فشار كاهش يافته و نزديك فشار تبخير مي شود به وجود مي آيد . ) ، و اين كاهش فشار درلوله با سرعت و به صورت موج حركت نموده ، و ادامه پيدا مي كند، تا به مخزني كه آب به آن پمپ مي شود ، مي رسد ، اين حركت موجي بر اثر برخورد با اين مانع منعكس گشته ، و ستونهاي آب جدا شده مجدداٌ به هم متصل شده و به صورت يك موج افزايش يافته دوباره به سمت پمپ برمي‌گردد . و به پمپ ضربه وارد مي نمايد  ( ضربه قوچ ) ، و اين پديده مجدداً تكرار مي شود.

در خلال حركت موج فشار در لوله ، مقداري از انرژي آن در اثر اصطكاك از بين مي رود . موج فشاري ناشي از افزايش فشار موج تراكم و موج فشاري ناشي از كاهش فشار موج انبساط نام دارد ، امواج تراكم در برخورد با مانع نرم مانند منبع آب ، هوا و … به صورت موج انبساط و در برخورد با مانع سخت مانند شير يكطرفه ، ديوار و … بصورت اموج تراكم منعكس مي شود ، اين مسئله در مورد موج انبساط نيز صدق مي كند . افت فشاري كه بر اثر اصطكاك داخل لوله به وجود مي آيد روي نوسانات فشار تأثير نموده و كم كم آن را مستهلك و سيستم به حالت تعادل در مي آيد . پتانسيل تخريبي ضربه قوچ با صداي ناشي از آن قابل تشخيص است، ولي مواردي بوده است كه صداي ضربه قوچ شنيده نشده است ، اما باعث منهدم شدن لوله گرديده ، كه پس از آناليز آن مشخص شده است كه تخريب به وسيله پديده ضربه قوچ بوده است ، ضربه قوچ سريع و زود گذر است ، ولي ضربات بسيار مخرب دارد ، و تعيين شدت آن در بعضي از مواقع بي نهايت دشوار مي باشد.

پديده ضربه قوچ در زمان استارت پمپ هم به وجود مي آيد و باعث ازدياد فشار اضافي در پمپ و لوله مي گردد . ولي مشكلات و مخاطرات ناشي از آن كمتر از ضربه قوچ هنگام خاموش شدن پمپ مي باشد. در ابتداي راه اندازي پمپ ، ميزان جريان آب حدود صفر مي باشد ، و با ازدياد ناگهاني فشار بر اثر چرخش پروانه و ايجاد جريان سريع ، موج فشاري برابر با فشار ضربه قوچ (در حالتي كه شير بسته باشد ) ايجاد مي نمايد .

روش های جلوگیری از ضربه قوچ(ضربه آبی)

يكي از معضلات سيستم هاي انتقال بخار پديده ضربه آبي است كه در صورت بروز با   سروصدا و آسيب هاي جدي به لوله ها و اجزاء سيستم،مانند تله هاي بخار،تخليه كننده ها همراه خواهد بود. در اين سيستم ها دو نوع ضربه داريم.

 در اثر تجمع قطرات تقطيرشده در قسمت  افقي  لوله هاي بخار و  عبور بخار با سرعت بالا درمجاورت اين قطرات ضربه اتفاق مي افتد. در اثر برخورد بخار سريع  (تا ۵۰  (m/s با قطرات مايع لرزش ايجاد شده و در صورت حجيم بودن توده آب تشكيل شده حركت اين توده با سرعت نزديك سرعت بخار و برخوردآن به اولين زانوئي مسير،نيروي فوق العاده اي بر زانوئي اعمال شده كه ممكن است منجر به شكست لوله گردد.

ضربه آبي نوع دوم همان كاويتاسيون است كه در اثر شكل گرفتن حباب هاي بخار در لوله اي كه از آن آب عبور مي كند رخ مي دهد چنانچه در اثر تبادل حرارت بخارها تقطير شوند حبابهاي بخار تركيده و پديده كاويتاسيون رخ مي دهد دراينصورت امكان آسيب ديدگي تله هاي بخار و اجزاء ديگر سيستم 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