بررسی علّت و عوامل ایجادwater hammering پدیده ضربه قوچی در سیستم توزیع آب آتش‌نشانی
- شناسه خبر: 19865
- تاریخ و زمان ارسال: 7 آبان 1396 ساعت 17:00
زهیر فکوری – مدرس مرکز علمی‌کاربردی تاید‌واتر خاورمیانه و هلال ایران zahir.fakuori1248@gmail.com
آتش‌نشان کارشناس ایمنی و آتش‌نشانی
در طراحی سیستمهای آبرسانی تحت‌فشار،
تحلیل جریان‌های میرا، به طور خاص، ضربه قوچی که به وضوح به قوانین فشار و تغییرات دبی و تغییرات سرعت جریان در امتداد لوله‌های انتقال و توزیع در شرایط زمانی و مکانی حرکت سیّال که به‌صورت یک موج فشاری با سرعتی برابر ۱۰۰۰ متر بر ثانیه به صورت down surge و up surge منعکس می‌شود، از اهمیّت بالایی برخوردار است. ترکیدن لوله‌های انتقال، خرابی و شکستگی شیرها و دریچه‌های کنترل، پمپ‌ها و سایر اجزای سیستم انتقال، از خطرات این پدیده می‌باشد که سالیانه هزینه بسیاری را به شبکه تحمیل و نتایج وخیمی را به بار می‌آورد.
شکل ۰۱
ضربه قوچی در اثر یک تغییر ناگهانی در سرعت جریان سیال، در خطوط لوله جریان تحت‌فشار و مجاری باز صورت می‌پذیرد. در واقع انرژی سینتیک kinetic energy به انرژی الاستیسیتهelasticity energy تبدیل می‌گردد. این اصطلاح از ترجمه واژه فرانسوی coup de belier اخذ شده و مترادف انگلیسی آنwater hammer و یا در بعضی متون فارسی، چکش آبی می‌باشد. در این مقاله به بررسی برخی از عوامل مؤثر در بروز این پدیده می‌پردازیم
که عبارتند از:
۱٫بسته‌شدن سریع شیرهای قطع و وصل
- شیرهای یکطرفه نامناسب
- از کار افتادن ناگهانی پمپ
۴٫پرکردن غیر اصولی خط لوله
[auth]
۵٫راه‌اندازی پمپ‌های توربینی
-
بسته‌شدن سریع شیرهای قطع و وصل
این امر باعث ایجاد موج فشاری در خطوط لوله می‌گردد. این موج در بالا‌دست شیر، باعث شروع ضربه قوچی با فاز فشار مثبت و در پائین‌دست شیر، با فاز فشار منفی می‌شود. این موج فشار منفی در پائین‌دست شیر باعث گسیخته‌شدن ستون آب در خط لوله می‌شود که به آن گسیختگی متراکم concentrated cavitation اطلاق می‌گردد. خصوصیت اصلی این نوع گسیختگی آن است که همه و یا بیشتر مقطع خط لوله را بخار و یا هوا اشغال می‌کند.
شکل ۰۲
-
شیر یکطرفه نامناسب
شیرهای یک طرفه‌ای که نتوانند سریع قبل از معکوس‌شدن جریان در خط لوله بسته شوند، باعث تشدیدشدن ضربه قوچی و نیز به وجودآمدن پدیده کوبیده‌شدن دیسک شیر یکطرفه به نام slamming effect می‌گردد که صدا و ضربت بسیار شدیدی را ایجاد می‌نماید.
فرمول Tr
Tr = زمان انعکاس موج فشاری
A = سرعت انتشار موج فشاری در خط لوله
L = طول خط لوله
شکل ۰۳
-
از کار افتادگی ناگهانی پمپ
در سیستم پمپاژ، نوعی گسیختگی سیال به نام گسیختگی ممتد EXTENDED CAVITATION اتفاق می‌افتد. در این حالت در فاز اول فشار منفی ایجاد شده با سرعت صوت در خط لوله به انتهای مسیر حرکت می‌کند. اگر این فشار منفی در خط لوله منحنی کاهش فشار، منحنی پروفیل طولی خط لوله را قطع کند، ستون آب داخل خط لوله به علت تبخیر‌شدن از هم گسیخته می‌شود و شرایطی را پیش می‌آورد که بسیار حادتر از شرایط عادی است. فشار حاصل از مقدار عددی فرمول ژوکوفسکی بسیار بیشتر است.
نکته: فرمول حداکثر فشار ناشی از ضربت قوچی (ژوکوفسکی)
شکل ۰۴
-
پرکردن غیر اصولی خط لوله
در هنگام پرکردن لوله، مقاومت کمی در مقابل پمپ وجود دارد و مقدار آبدهی پمپ بسیار زیاد است. در این حالت اگر شیر نیمه بسته، یا مانعی در خط لوله قرار گیرد، به محض اینکه آخرین حباب هوا از شیر تخلیه گردد، سرعت آب به طور ناگهانی کاهش می‌یابد و منجر به ایجاد ضربه چکشی می‌گردد.
- راه‌اندازی پمپ‌های توربینی
در پمپ توربینی، شیر یکطرفه، بعد از زانوی خروجی، در ابتدای خط لوله نصب شده و قبل از آن یک شیر هوا‌گیری تعبیه می‌گردد. چون آب به سهولت هوا نمی‌تواند از شیر خارج شود، افزایش سرعت سیال پشت هوا به محض اینکه آخرین حباب هوا خارج شود، ضربه قوچی ایجاد می‌گردد. درصورت عدم استفاده از شیر هوا، هوای موجود بین پمپ و شیر یکطرفه آنقدر فشرده می‌شود تا فشار آن بیشتر از فشار استاتیک بعد از شیر یکطرفه شود. در این صورت شیر یکطرفه با ضربه‌ای شدید و صدایی بلند، توده هوای بزرگی را به داخل خط لوله انتقال می‌دهد که خود عامل پیامدهای زیادی است. لذا به‌منظور اقدام پیشگیرانه، نصب شیرهای کنترل، پمپ مخصوص، پمپ توربینی (شفت و غلاف) به جای شیر هوا توصیه می‌گردد.
-
روش‌های پیشگیرانه از ضربه قوچی
- کاهش سرعت آب
- استفاده از لوله‌های با تحمل فشار بالای آب
- بهر‌ه‌گیری از اتصالات مناسب (در باز و بسته شدن شیرهای آب و انتقال)
- استفاده از تانک‌های ضربه‌گیر تحت‌فشار
- نصب یک منبع تغذیه برق که به پمپ‌کردن فشار ناشی از کار افتادن ناگهانی پمپ روشن‌شده گردد تا چند دقیقه پمپ به کار خود ادامه دهد و منجر به کاهش ضربه به سیستم شود.
- نصب FLYWHEEL یا چرخ طیار در پمپ‌ها
- گذر فرعی در پمپ
- استفاده از شیر هوا
- استفاده از درپوش اطمینان RUPTURE DISK
- استفاده از سوپاپ
-
موارد کاربرد ضربه قوچی
- شناسایی سوراخ‌های احتمالی در لوله
- شناسایی بسته‌های هوایی اضافه‌شده به لوله
با توجه به موارد ذکر شده، آشنایی مهندسان طراح سیستمهای پمپاژ و انتقال آب با این پدیده و توجه به نقاط ضعف و کاربرد ضربه قوچی سبب می‌شود، سالانه از آسیب به هزاران تن از خط لوله دفن‌شده در زمین و هزینه‌های سرسام‌آور احداث و نگهداری سیستمهای آب تحت‌فشار جلوگیری گردد.
منابع:
ضربت قوچی آب و سیستمهای حفاظتی/ علی وکیلی تهامی
ضربت قوچی آب/ دکتر حمید نشان
[/auth]
