دپارتمان مهندسی مکانیک ایران

انجمن مهندسی مکانیک

انجمن تست های غیر مخرب

انجمن علمی مهندسی پزشکی

انجمن بیومکانیک

آموزش تعمیر تجهیزات پزشکی

آموزش تعمیرات تجهیزات پزشکی

دوره های مهندسی پزشکی

دوره های آموزشی مهندسی پزشکی

انجمن مهندسی پزشکی

آموزش تعمیر تجهیزات دندانپزشکی

آموزش بازرسی جوش

آموزش پایپینگ


             
چکش آبی (Water Hammer)
نوشته شده توسط خشایار جوان   
جمعه ، 15 شهریور 1392 ، 11:41

ضربه قوچ از ترجمه واژه فرانسوي  Coup DE Belierگرفته شده است و مترادف اصطلاح انگليسي Water Hammer (چكش آبي) مي باشد. ضربه قوچ در اثر يك تغيير (يا قطع ناگهاني) در سرعت جريان سيال در يك مجرا (شبكه) به وجود مي آید. به عبارت ديگر: انرژي سينتيك (Kinetic Energy) به انرژي الاستيسيته  (Elasticity Energy)تبديل مي گردد . در موقع قطع برق موتور پمپ هاي دوراني يا سانتريفوژ  (قطع ناگهاني برق يا خاموش كردن ناگهاني پمپ) ٬ نيروي محركه دوران دهنده پروانه پمپ سريع قطع مي گردد ٬ به همين دليل سرعت جريان سيال بطور ناگهاني تغيير مي يابد و انرژي سينتيك از حالت فشار به مكش در خروجي پمپ تبديل مي شود .در اين تغيير  امواج فشاري شديدي در امتداد لوله خروجي پمپ پيش مي رود و اين امواج در اثر برخورد با مانع (منبع آب) منعكس و برگشت مي كند ٬ موج برگشتي جهت جريان سيال را در پمپ عوض كرده و دبي ماكزيممي در جهت عكس ٬ از پمپ جريان مي يابد و پمپ به صورت توربين در جهت عكس چرخش اوليه خود شروع به چرخش مي نمايد و براي مدت كوتاهي پمپ همانند توربين آبي عمل مي نمايد .

هرگاه در شبكه اي با خطوط طويل ٬ به هر علتي سرعت سيال ناگهان قطع شود ٬ موج هاي فشاري در شبكه به وجود مي آيد كه اين موج ها مي توانند چندين برابر فشار كار دستگاه (پمپ)

فشار توليد نمايند و موجب به وجود آمدن تنش هاي بسيار زيادي در اجزاء شبكه گشته و باعث صدمات فراواني به شبكه شوند و در بدترين حالات باعث شكستگي پوسته پمپ و لوله ها و اتصالات شبكه مي شود .چنا نچه این فشار تعدیل نشود پمپی که می بایست حداقل ۱۰ سال کار نماید در کمتر از ۱۰ ماه از بين می رود .

 

همانطور كه در بالا اشاره شد ٬ بر اثر قطع ناگهاني نيروي محركه پمپ ٬ براي زمان كوتاهي پمپ مانند توربين آبي ( WaterTurbine) 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 ميگردد)  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 در لوله 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 ستون هاي 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 ما نع نرم مانند منبع آب ٬ هوا و ... به صورت موج انبساط و در برخورد با مانع سخت مانند شير يكطرفه ٬ ديوار و ... بصورت امواج 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 آید.

 

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 پد يده 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 . اين پديده را با نيمه باز گذاشتن شير خروجي پمپ مي توان كنترل و فشار اضافي ايجاد شده را كاهش داد .برای کاهش فشار ناگهاني از پديده ضربه قوچ بخصوص در زمان خاموش شدن پمپ راه های ذیل پيشنهاد می شود :

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

·       نصب شير اطمينان برای تنظيم فشار ·

·       یکی از بهترین راه های کاهش ضربه قوج استفاده از یک محفظه هوا در مجاورت خط لوله که قسمت پائينی آن پر از آب بوده و قسمت بالائی آن هوای فشرده محبوس است، می باشد. بدین ترتيب 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. شير یکطرفه لوله رانش بسته می شود و موج برگشتی به داخل محفظه هوا جریان می یابد .

توجه به نكات زير نيز ضروري است :

1.    اگر پوسته پمپ ضمن کار داغ گردد ولی پمپ هيچ آبدهی نداشته باشد ٬ دليل آن است که برای این پمپ فشار رانش خيلی بالا است (البته ممکن است در اثر کور شدن لوله پمپ نيز این اتفاق بيافتد ).

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

3.    اگر پمپ مکش ندارد در حالی که عقربه های فشار سنج بشدت می پرند ٬ دليل اینست که هواگيری پمپ کامل نيست.

4.    اگر پمپ مکش نداشته باشد و خلاءسنج خلاء زیادی را نشان دهد ٬ بدليل اینست که شير پایاب(سوپاپ) خراب است یا برای پمپ مذکور سنگين 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 وجو د نداشته باشد دليل 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 آب بندی ٬ یا ارتفاع رانش خيلی 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 بيش از حد داغ نمایند ( دمای آنها نباید بيش از ۷۰-۶۰ درجه گرم شوند) علت آن عدم روغن کاری کافی پمپ یا عدم بالانس بودن محور پمپ و موتور و یا بعلت سائيدگی ناشی از کار زیاد می تواندباشد.

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

 
سامانه هوشمند ژورنال مقالات