تبلیغات
وبسایت مهندسین مكانیك ایران - ضربه قوچ

وبسایت مهندسین مكانیك ایران
 
IRANIAN WEBSITE OF MECHANICAL ENGINEERS‏

ضربه قوچ از ترجمه واژه فرانسوی Coup DE Belier گرفته شده است و مترادف اصطلاح انگلیسی Water Hammer‌ (چكش آبی) می باشد، ضربه قوچ در اثر یك تغییر (یا قطع ناگهانی) در سرعت جریان سیال در یك مجرا (شبكه) به وجود می آید، به عبارت دیگر انرژی سینتیك (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 كردن ناگهانی پمپ)، نیروی محركه دوران دهنده پروانه پمپ سریع قطع می گردد، به همین دلیل سرعت جریان سیال بطور ناگهانی تغییر می یابد و انرژی سینتیك از حالت فشار به مكش 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) منعكس و برگشت می كند، موج برگشتی جهت جریان سیال را در پمپ عوض كرده و دبی ماكزیممی در جهت عكس، از پمپ جریان می یابد و پمپ به صورت توربین در جهت عكس چرخش اولیه خود شروع به چرخش می نماید و برای مدت كوتاهی پمپ همانند توربین آبی عمل می نماید.

     هرگاه در شبكه ای با خطوط طویل، به هر علتی سرعت سیال ناگهان قطع شود، موج های فشاری در شبكه به وجود می آید، كه این موج ها می توانند چندین برابر فشار كار دستگاه (پمپ)، فشار تولید نمایند و موجب به وجود آمدن تنش های بسیار زیادی در اجزاء شبكه گشته و باعث صدمات فراوانی به شبكه شوند و در بدترین حالات باعث شكستگی پوسته پمپ و لوله ها و اتصالات شبكه می شود. چنانچه این فشار تعدیل نشود پمپی که می بایست حداقل 10 سال کار نماید در کمتر از 10 ماه از بین می رود.

     همانطور كه در بالا اشاره شد، بر اثر قطع ناگهانی نیروی محركه پمپ، برای زمان كوتاهی پمپ مانند توربین آبی (WaterTurbine) عمل می نماید و كاهش ناگهانی حركت سیال موجب می شود، فشار داخل لوله خروجی پمپ از فشار اتمسفر كمتر گردد. همچنین به علت اصطكاك درونی پمپ و موتور، كاهش قابل ملاحظه ای در خروجی پمپ ایجاد می نماید كه 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 تشكیل بخار باعث جدا شدن ستون آب از پمپ می گردد (پدیده جدا شدن ستون آب، همان جدا شدن مایع است كه در اثر كشش بیش از حد وقتی فشار كاهش یافته و نزدیك فشار تبخیر می شود به وجود می آید.) و این كاهش فشار در لوله با سرعت و به صورت موج حركت نموده و ادامه پیدا می كند تا به مخزنی كه آب به آن پمپ می شود، می رسد. این حركت موجی بر اثر برخورد با این مانع منعكس گشته و ستون های آب جدا شده مجدداٌ به هم متصل شده و به صورت یك موج افزایش یافته دوباره به سمت پمپ برمی‌گردد و به پمپ ضربه وارد می نماید (ضربه قوچ) و این پدیده مجدداً تكرار می شود. در خلال حركت موج فشار در لوله، مقداری از انرژی آن در اثر اصطكاك از بین می رود. موج فشاری ناشی از افزایش فشار موج تراكم و موج فشاری ناشی 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 شیر یكطرفه، دیوار و ... بصورت امواج تراكم منعكس می شود، این مسئله در مورد موج انبساط نیز صدق می كند. افت فشاری كه بر اثر اصطكاك داخل لوله به وجود می آید روی نوسانات فشار تأثیر نموده و كم كم آن را مستهلك و سیستم به حالت تعادل در می آید. پتانسیل تخریبی ضربه قوچ با صدای ناشی از آن قابل تشخیص است، ولی مواردی بوده است كه صدای ضربه قوچ شنیده نشده است، اما باعث منهدم شدن لوله گردیده كه پس از آنالیز آن مشخص شده است كه 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 مشكلات و مخاطرات ناشی از آن كمتر 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 كه شیر بسته باشد) ایجاد می نماید، این پدیده را با نیمه باز گذاشتن شیر خروجی پمپ می توان كنترل و فشار اضافی ایجاد شده را كاهش داد.

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

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

·          نصب شیر اطمینان برای تنظیم فشار

·     یکی از بهترین راه های کاهش ضربه قوج استفاده از یک محفظه هوا در مجاورت خط لوله که قسمت پائینی آن پر از آب بوده و قسمت 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 و موج برگشتی به داخل محفظه هوا جریان می یابد.

     توجه به نكات زیر نیز ضروری است:

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

2)      اگر پمپ سرد باشد ولی آبدهی نداشته باشد دلیل آن است که پمپ هوا گرفته است.

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

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

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

6)   اگر آبدهی پمپ کمتر از ارتفاع محاسباتی باشد علت آن ممکن است به علت گرفتگی صافی یا پره های پمپ، یا مشکل آبندی، یا ارتفاع رانش خیلی زیاد و یا گردش معكوس پروانه ها باشد.

7)   اگر پمپ مدت کوتاهی کار کند ولی بلافاصله آبدهی آن قطع شود احتمالاً بعلت نشت هوا از اتصالات لوله مکش، یا گرفتگی لوله ها و یا عدم استغراق کامل دهنه مکش باشد.

8)   اگر یاتاقان های پمپ بیش از حد داغ نمایند (دمای آنها نباید بیش از 60- 70 درجه گرم شوند) علت آن عدم روغن کاری کافی پمپ یا عدم بالانس بودن محور پمپ و موتور و یا بعلت سائیدگی ناشی از کار زیاد می تواندباشد.

9)   اگر شدت صدای موتور پمپ بیش از حد معمول باشد علت آن سفتی بیش از حد کاسه نمد ها یا فاصله زیاد پروانه ها بعلت سائیدگی زیاد می باشد.

 

نصب پمپ های افقی:

بطور کلی پمپ های افقی می بایست نزدیک منبع پایاب نصب شوند و حتی الامکان از طول لوله مکش کاسته شود، بهترین روش نصب پمپ آن است که پمپ و موتور و تکیه گاه یک تکه واحد را تشکیل داده، که فونداسیون آنها جدا از فونداسیون اسکلت ساختمان باشد. در صورتی که ارتفاع مکش از حداکثر مجاز (جدول ذیل) بیشتر باشد با راه هایی نظیر شناور کردن پمپ بوسیله شافت بلند (که در تأمین آب شرب توصیه نمی شود) و ... می توان مشکل فوق را حل نمود. در چنین مواردی بهترین روش جایگزین نمودن الکترو پمپ شناور بجای افقی است .

ارتفاع محل نصب ازسطح دریا(متر)

عمق مکش در دمای 20 درجه سانتیگراد

172.2

7

300

6.8

477

6.7

710

6.6

915

6.3

1220

6.1

1525

5.85

1830

5.6

2135

5.4

توضیح: در دمای بالای 20 درجه و کمتر از آن می بایست حداکثر 10 درصد به اعداد جدول مذکور بترتیب کم یا زیاد نمود.

 

مخازن دمپینگ ضربه قوچ:

     مخازنی تحت فشار هستند كه در خطوط آب رسانی بعنوان دمپینگ ضربه آب (ناشی از قطع ناگهانی پمپ ها و در پی آن عقب نشینی آب موجود در طول خط) بكار برده می شوند. طراحی مكانیكی و ساخت این مخازن عموماً تحت استانداردهای آمریكایی (ASME) می باشد.

منابع:

www.water-sys.com

www.iran-eng.com

 

 





طبقه بندی: مفاهیم بنیادی مكانیك، 
برچسب ها: ضربه قوچ،  
نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 4 اسفند 1389 توسط محمد محمل زاده
تمامی حقوق این سایت محفوظ است
قالب وبلاگ