ضربه قوچ ١-١

سلام به همه دوستان عزیز در وبلاگ تاسیسات حرارتی برودتی و تهویه مطبوع و همچنین اعضای گروه مکانیک سیالات و تهویه مطبوع

در این تاپیک به تشریح ضربه قوچ (water hammer یا ضربه آبی) می پردازیم که امیدوارم مورد توجه و استفاده شما قرار گیرد.

این مطالب در چهار قسمت بصورت: تشریح پدیده ضربه قوچ، راه کارهای جلوگیری از ضربه قوچ، معرفی نرم افزارهای ضربه قوچ، روشهای پیشگیری از ضربه قوچ و کاربرد آن برای شما ارسال خواهد شد.

١-١ تشریح پدیده ضربه قوچ

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 بشر خود 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 انتقال آب روی آورد.

نحوه ی انتقال آب بسته به موقعیت جغرافیایی و محیطی متفاوت بوده است. در مناطق پر آب از نهرهای روباز به منظور انتقال آب استفاده شده است. درمناطق کم آب روش های دیگری برگزیده شده است که از آن جمله می توان به حفر قنات و انتقال آب زیرزمینی 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 دهد که یکی ازاشکال آن، جریان ناماندگار «میرا»  می باشد که به طور خاص «ضربه ی قوچ»  نامیده می شود، و یا اینکه تا به حال در صنعت با چنین کلمه ای ممکناست آشنا شده باشید ولی نمی دانید که این اصطلاح به چه فرآیندی گفته می شود. زمانی که یک سیال در داخل یک لاین (لوله) در حال حرکت می باشد ممکن است براثر عواملی همچون کم و زیاد شدن شدت جریان یا زمانی که شیر می خواهد باز شود یاناگهان بسته می شود. این پدیده باعث تغییر ناگهانی جریان و ایجاد افت فشار به شکلیک موج فشاری در طول لوله می شود که حرکت کرده و باعث کم و زیاد شدن فشار می شود.

همانطور که میدانیم تغییر تغییرناگهانی سرعت جریان بصورت موج در امتداد لولهحرکت نموده وتغییر ممنتوم ناشی از آن باعث ایجاد فشار قابل ملاحظه ای میشود کهچنانچه این فشار تعدیل نشود پمپی که می بایست حداقل 10 سال کار نماید در کمتر از 10ماه از بین می رود.

وقتی که یک سیال درون یک مسیر بسته در حال جریانباشد و کند شدن و یا تسریع سرعت جریان به وجود اید پدیده ضربه قوچ مشاهده خواهد شد. نظیر مواقعی که در مسیر لوله شیری قرار گرفته باشد و به وسیله آن تغییری در سطحخروجی جریان ایجاد می شود. اگر این تغییرات تدریجی باشد می توان محاسبات را با توجهبه اینکه مایع تراکم ناپذیر و جداره های مسیر عبور سخت هستند. به روش مشابه با موجانجام داد. وقتی یک شیر را در مسیر خط لوله و جریان به سرعت می بندیم جریان درونشیر کاسته می شود. این عمل افزایش هد در سمت ورودی شیر را به دنبال خواهد داشت وضربه ای ناشی از فشار زیاد را ایجاد می کند که در بالا دست جریان با سرعت موج صوتیتقویت می شود. نتیجه این ضربه فشاری کاهش سرعت جریان می باشد. در سمت دیگر شیر فشارکاهش خواهد یافت و موج فشار کاسته شده با سرعت موج به طرف پایین دست جریان حرکت میکند که این نیز کاهش سرعت را به همراه دارد. اگر سرعت بسته شدن به اندازه کافی سریعو و فشار حالت پایدار به مقدار کافی کم باشد حبابهائی از بخار در سمت پایین دست شیرشکل می گیرد و به این ترتیب خلاء حاصله در نهایت از میان خواهد رفت و موج ناشی از فشار زیاد ایجاد می شود.

کندانسه که در بخشتحتانی خط بخار قرار دارد می تواند باعث بروز پدیده ضربه قوچ شود. زمانی که بخار باسرعت بسیار بالا حرکت می کند هنگام حرکت از روی لایه ی کندانسه باعث ایجاد موج برروی آن می گردد. اگر این حالت افزایش یابد بخار پرسرعت می تواند کندانسه را به حرکتدرآورده و هنگام تغییر راستا، یک ضربه خطرناک ایجاد کند. زمانی که کندانسه پرسرعت به مانعی برخورد می کند انرژی جنبشی آن به انرژیفشاری تبدیل شده و این افزایش فشار ناگهانی می تواند باعث تخریب مکانیسم عملکردی درتله های شناور و تله های ترموستاتیک فشار متعادل گردد. برای اجتناب از این پدیدهباید از تله های قدرتمندمانند تله های ترمودینامیکی یا تله های سطل وارونه استفاده نموده و یا راستای لوله کشی را عوض نمود.

ضربه قوچ پدیده ای است که در اثر تغییرات ناگهانی سرعت جریان سیال در داخل خط لوله بوجود آمده و باعث تغییر ناگهانی فشار می گردد. اهمیت بررسی این پدیده زمانی آشکار می شود که قدرت تخریبی زیاد آن در خطوط انتقال مدنظر قرار گیرد. زمانیکه شرایط جریان از یک حالت دائمی به یک حالت دائمی دیگر تغییر کند، شرایط جریان بین این دو حالت را جریان حالت میرا (Transient State Flow ) می نامند که ضربه قوچ در این حالت بررسی می شود. برخی عوامل مؤثر در بروز این پدیده عبارتند از :

1- باز و بسته کردن شیرها در یک خط انتقال

2- از کار افتادن یا متوقف شدن پمپها در سیستمهای پمپاژ

3- لرزشهای پره های توربین

4- تغییرات ناگهانی در جریانهای ورودی یا خروجی به یک کانال بوسیله باز یا بسته شدن دریچه کنترل

5- اضافه یا کم شدن بار بر روی توربین نیروگاه آبی

ضربه آبی یا ضربه قوچ از ترجمه واژه فرانسوی Coup DE Belier گرفته شده است و مترادف اصطلاح انگلیسی Water Hammer‌ (چکش آبی) می باشد، ضربه قوچ در اثر یک تغییر (یا قطع ناگهانی) در سرعت جریان سیال در یک مجرا (شبکه) به وجود می آید، به عبارت دیگر انرژی سینتیک (Kinetic Energy) به انرژی الاستیسیته (Elasticity Energy) تبدیل می گردد. 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.

هرگاه در شبکه ای با خطوط طویل، به هر علتی سرعت سیال ناگهان قطع شود، موج های فشاری در شبکه به وجود می آید، که این موج ها 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. چنانچه این فشار تعدیل نشود پمپی که می بایست حداقل 10 سال کار نماید در کمتر از 10ماه از بین می رود.

همانطور که در بالا اشاره شد، بر اثر قطع ناگهانی نیروی محرکه پمپ، برای زمان کوتاهی پمپ مانند توربین آبی (WaterTurbine) 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 در لوله 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 ستون های 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 امواج 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، این پدیده را با نیمه باز گذاشتن شیر خروجی پمپ می توان کنترل و فشار اضافی ایجاد شده را کاهش داد.

برای کاهش فشار ناگهانی از پدیده ضربه قوچ بخصوص در زمان خاموش شدن پمپ راه های ذیل پیشنهادمی شود:

ایجاد شیر یکطرفه بر روی لوله رانش (البته شیر یکطرفه از خطرات ناشی از ضربهقوچ مصون نیست و می بایست بطور متوسط هر یک ماه یکبار بازدید شود).

نصب شیر اطمینانبرای تنظیم فشار

یکی از بهترین راه های کاهش ضربه قوج استفاده از یک محفظه هوا درمجاورت خط لوله که قسمت پائینی آن پر از آب بوده و قسمت بالائی آن هوای فشرده محبوساست می باشد، بدین ترتیب کهمحفظه هوا را به هرشکل دلخواه هندسی می توان ساخت و بصورت افقی، قائم یا کج نصب نمود، وقتی پمپ بطورناگهانی خاموش می شود هوای داخل محفظه انبساط می یابد و آب انتهای آنرا به لولهرانش منتقل می کند، شیر یکطرفه لوله رانش بسته می شود و موج برگشتی به داخل محفظه هوا جریان می یابد.

توجه به نکات زیر نیز ضروری است:

1)   اگرپوسته پمپ ضمن کار داغ گردد ولی پمپ هیچ آبدهی نداشته باشد، دلیل آن است که برای اینپمپ فشار رانش خیلی بالا است (البته ممکن است در اثر کور شدن لوله پمپ نیز ایناتفاق بیافتد).

2)      اگر پمپسرد باشد ولی آبدهی نداشته باشد دلیل آن است که پمپ هوا گرفتهاست.

3)      اگر پمپ مکش ندارد درحالی که عقربه های فشار سنج بشدت می پرند، دلیل اینست که هواگیری پمپ کامل نیست.

4)   اگر پمپ مکش نداشتهباشد و خلاءسنج خلاء زیادی را نشان دهد، بدلیل اینست که شیر پایاب(سوپاپ) خراب است یابرای پمپ مذکور سنگین است یا مقاومت لوله مکش زیاد می باشد و یا اینکه ارتفاع مکش زیاد است.

5)      اگر پمپ کارکند وفشار سنج و خلاءسنج صفر نباشند ولی آبدهی وجود نداشته باشد دلیل آن مقاومت زیاد خطوط لوله است.

6)   اگر آبدهی پمپ کمتر از ارتفاع محاسباتیباشد علت آن م

/ 2 نظر / 132 بازدید
موسسه تحقيقات و توسعه كاربرد علوم صنعتي ادهاف - گروه تاسيسات

http://www.adhaf-hvac.com/ با وجود اهميت به سزاي موضوع سايكرومتري psychrometry در تاسيسات تهويه و تبريد و با توجه به نقش مهمي كه درك درست از آن مي تواند در طراحي ها داشته اما آموزش آن در دانشگاه هاي صنعت تاسيسات نه اينكه ضعيف باشد بلكه هيچ چيز آن به درستي ارائه نمي گردد. مهندس زاره انجرقلي عضو انجمن تبريد انگلستان، اشري امريكا و مدير عامل شركت مهندسي تبادل كار اين سخن را در حالي در جلسه ي امروز عصر خود با مدير گروه تاسيسات ادهاف بازگو كرد كه پيشنهاد وي براي برگزاري سمينار تخصصي چهارم گروه تاسيسات ادهاف همين موضوع بود. مهندس زاره انجرقلي همچنين مدرس اتحاديه صنف صنعت تبريد، مدرس دوره هاي تخصصي تبريد پيشرفته و شركت تبادل كار يكي از اعضاي انجمن صنعت تاسيسات ايران نيز مي باشد. چهارمين سمينار تخصصي گروه تاسيسات ادهاف با عنوان "آموزش، تحليل و بررسي كامل psychrometry" در روز جمعه 19 تيرماه 88 توسط وي برگزار خواهد شد. وي كه تا كنون چندين جلد كتاب ارزشمند در زمينه صنعت تبريد به چاپ رسانده است با تقدير از فعاليت هاي گروه تاسيسات ادهاف آن را در ايران بي نظير دانست... همين حالا ثبت نام مي كنم او معت

روح الله احمدی نژاد

سلامخسته نباشید مقاله خوبی بود ضربه قچ اگه مطلب یا کتاب جدید دارین در معرض دید بگذاریید ممنونون میشیم احمدی نژاد