ضربه قوچ در پمپ های سانتریفیوژ چیست ؟ و روش های جلوگیری از آن کدامند ؟

ضربه قوچ یا Water Hammer چیست ؟

ضربه قوچ در پمپ (چکش آبی) یکی از پدیده های مخرب هیدرودینامیکی در جریان های تحت فشار ناپایدار است که بروز آن می‌تواند خسارت و صد‌مه‌های جبران ناپذیری در خطوط انتقال آب، ایستگاه های پمپاژ و نیروگاه های برق آبی ایجاد نماید. با توجه به اهمیت عدم رخداد این پدید لازم است تا درمراحل دیزاین و قبل از اقدام به اجرای خطوط، پدیده چکش آبی به دقت مورد بررسی، تجزیه و تحلیل قرار گرفته و راه‌حل های ممکن ارزیابی و مناسب‌ترین روش برای مقابله با آن در تاسیسات هیدرولیکی منظور شود.

ضربه قوچ یا Water Hammer به پدیده ایی در سیستم لوله کشی و پایپینگ گفته می شود که باعث ایجاد ضربات و لرزش های شدیدی به سیستم پایپینگ می شود . تغییرات ناگهانی سرعت که به واسطه آن باعث تغییرات ناگهانی فشار سیال می شود باعث به وجود آمدن پدیده ضربه قوچ می شود .

ضربه قوچ یکی از پدیده های اجتناب ناپذیر سیستم لوله کشی و پایپینگ می باشد که در اثر عوامل متعددی به وجود می آیند که می توان با انجام کارهای پیشگیرانه اثرات مخرب پدیده ضربه قوچ را کم نمود .

عوامل ایجاد پدیده ضربه قوچ چیست ؟

1- باز و بسته شدن ناگهانی شیرآلات صنعتی :

شیرآلات کشویی و یا شیرآلات پروانه ای وظیفه قطع و وصل جریان را دارند که در اصطلاح به صورت صفر و یک عمل می کنند و می توانند کاملا باز باشند و اجازه عبور سیال را بدهند و یا کاملا بسته باشند و اجازه عبور سیال را ندهند .

حال ، باز و بسته شدن سریع و ناگهانی شیرآلات قطع و وصل باعث ایجاد تغییرات سرعت سیال می شود و این تغییرات ناگهانی سرعت سیال باعث ایجاد اغتشاش در سیال می شود که در نتیجه موج فشاری به لوله و اتصالات وارد می کند .

برای جلوگیری از این پدیده می بایست شیرآلاتی که در مسیر سیال پرفشار قرار دارند را با شیب ملایم باز و بسته کرد زیرا در صورت مواجه سیال با یک مانع به صورت موج پرفشاری به عقب بازخواهد گشت و موجب ایجاد پدیده ضربه قوچ می شود .

2- خاموش شدن ناگهانی پمپ تقویت فشار :

پمپ وسیله ای برای تقویت فشار سیال می باشد و همواره فشار سیال ورودی به پمپ افزایش پیدا کرده و با فشار خیلی بیشتری به ادامه مسیر خود می پردازد . سیال خروجی از پمپ دارای فشار زیادی می باشد و با همان فشار به مسیر خود ادامه می دهد اما در نظر بگیرید که پمپ ناگهان خاموش و یا از کار بیافتد و در این صورت سیال خروجی از پمپ ناگهان دارای افت فشار محسوسی خواهد شد که این افت فشار باعث برگشت جریان شده و می تواند پدیده ضربه قوچ را به همراه داشته باشد و باعث آسیب رساندن به پمپ و سیستم پایپینگ اطراف آن شود .

پدیده ضربه قوچ می تواند آسیب های جدی و جبران ناپذیری را به سیستم پایپینگ و اقلام فرآیندی محیط وارد کند که باعث صرف مخارج زیادی برای تعمیرات آن ها شود .

تغییر سرعت باعث ایجاد موج فشار در خطوط لوله می شود و نهایتا علت ایجاد ضربه قوچ است که این تغییر سرعت در ایسـتگاه های پمپـاژ بـه دلایل زیر ممکن است اتفاق بیافتد :

روشن کردن یک یا چند پمپ

 خاموش کردن یک یا چند پمپ

 تغییر تنظیم شیرها و یا بسته شدن ناگهانی شیرها

 تغییر سرعت دورانی پمپ یا پمپها (در سیستم های دور متغیر)

 پر کردن غیر اصولی خط لوله

 استفاده از شیرهای یکطرفه نامناسب

 از کار افتادن ناگهانی یک یا چند پمپ

با اتخاذ تدابیری مانند انتخاب شیرهای یکطرفه مناسب، بستن و یا باز کردن شیرها در خروجـی پمپ هـا بـه صورت کاملاَ آرام می توان تغییرات فشار را به حداقل ممکن رساند باعث جلوگیری از پدیده ضربه قوچ شد. یکی از دلایلی که موکداً توصیه می شود که قبل از روشـن کردن یک پمپ، شیر خروجی بسته بوده و بعد از استارت زدن آرام آرام باز شود و نیـز قبـل از خـاموش کـردن پمـپ اول شـیر خروجی آرام آرام بسته شود و سپس پمپ خاموش شود، همین موضوع است. ولی در شرایط قطع ناگهانی برق این تـدابیر قابـل اجرا نخواهد بود و پدیده ضربت قوچی با شدت زیاد بوقوع خواهد پیوست و در این شرایط سیستم های حفاظتی که توضـیح آن داده خواهد شد می توانند تاثیر تخریبی آن را تا حد قابل قبول کاهش دهند.

مضرات پدیده ضربه قوچ کدامند ؟

پدیده ضربه قوچ باعث وارد شدن ضربات شدید و بسیار زیادی به لوله و اتصالات ، شیرآلات و سایر اقلام در خط لوله کشی می شود و این ضربات باعث شکسته شدن آن ها و نشت سیال از داخل آن ها می شود .

شکستگی لوله و اتصالات ، مخصوصا در سایزهای بالا موجب وارد شدن خساراتی از جمله هزینه تعمیرات و تعویض این اقلام ، تعطیل شدن بخشی از سیستم لوله کشی و پایپینگ ، نشت سیال به خارج از لوله و اتصالات و … می شود .

پیشگیری و روش های جلوگیری از پدیده ضربه قوچ در پمپ :

به منظور پیشگیری از پدیده ضربه قوچ و به حداقل رساندن اثرات مخرب آن می توان اقدامات زیر را انجام داد :

1- استفاده از شیر یکطرفه با سرعت بسته شدن بالا :

همانطور که ذکر شد ، علت به وجود آمدن پدیده ضربه قوچ ، تغییرات ناگهانی سرعت سیال می باشد که باعث برگشت سیال می باشد که جریان سیال را مغشوش و متلاطم می کند . حال با استفاده از یک شیر یکطرفه با سرعت بسته شدن بالا باعث عدم اجازه برگشت جریان و قطع کردن جریان سیال می شود و می تواند از بروز پدیده ضربه قوچ جلوگیری کند .

2- استفاده از شیرهای کنترل پمپ در خروجی پمپ

3- شیر قطع و وصل مجهز به محرکه و عملگرهای برقی :

دلیل استفاده از عملگرهای برقی در شیرآلات قطع و وصل به این دلیل می باشد که با کنترل بروی عملگر شیرآلات می توانیم به راحتی و به آهستگی شیرآلات را باز و بسته کنیم .

کاهش سرعت جریان مایع، امکان ایجاد تغییرات در مسیر خط لوله با ملحوظ داشتن نکات اقتصادی و فراهم‌سازی شرایط بهینه، ازنقطه‌نظر تحلیلی می‌تواند راه‌حل مستقیم در پیشگیری از پدیده ضربه قوچ محسوب شود. اساس کار تجهیزات کنترل‌کننده اثرات مخرب پدیده ضربه قوچ، جلوگیری از تغییرات سریع سرعت و یا دبی است. این تجهیزات در مواقع اضطراری، تغییرات سریع مقدار جریان را در داخل خود جذب نموده و مانع از بروز تغییرات سریع فشار در داخل خط لوله می‌گردند.

با انجام فرآیندهای فوق می توان اثرات و حتی وقوع ضربه قوچ را جلوگیری نمود .

وسیله حذف ضربه قوچ :

مخازن موج گیر از جمله وسایلی هستند که برای جلوگیری از ضربه قوچ به کار گرفته می‌شوند. مخازن موج گیر کلاسیک به دلیل بالا بودن قیمت تمام‌شده آن کمتر از مخازن موج گیر با سطح آزاد کاربرد دارند. در این مخازن ستون مایع با سطح آزاد رکن اساسی، برای جلوگیری و یا کاهش اثرات مخرب چکش آبی است. اساس کار این مخازن بر این اصل استوار است که به‌عنوان یک مخزن ذخیره کننده عمل می‌نماید؛ یعنی وقتی فشار در داخل لوله افزایش می‌یابد، مایع از لوله که در ارتباط با مخزن موج گیر است بدان واردشده، ذخیره می‌گردد.

بالعکس این حالت هم هنگامی است ‌که فشار در خط لوله کاهش می‌یابد، مایع از داخل مخزن وارد می‌گردد تا از تغییرات سریع فشار در لوله جلوگیری کند. مخازن موج گیر ممکن است به‌صورت دوطرفه و یا یک‌طرف نسبت به نیاز تأسیسات هیدرولیکی کار گذاشته شوند.

از دیگر موارد وسیله جلوگیری از چکش آبی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

تعبیه محفظه‌های هوایی

لوله کنارگذر مجهز به شیر یک‌طرفه

شیرهای کنترل

چرخ لنگر هم وسیله ضربه قوچ گیر است.

محفظه‌های هوایی، راهی برای جلوگیری از چکش آبی :

در ایستگاه‌های پمپاژ، برخلاف تأسیسات برق‌آبی، برای کنترل پدیده ضربه‌ی قوچ به‌جای مخازن موج گیر روباز، از محفظه هوایی استفاده می‌شود.

محفظه هوایی عبارت است از :

مخزن سربسته تحت‌فشار مجهز به یک دستگاه کمپرسور است که بخش فوقانی آن حاوی هوای فشرده بوده و به‌وسیله‌ی یک پرده دیافراگم کاملاً ارتجاعی از مایع زیرین جداشده و از قسمت تحتانی نیز محفظه به لوله رانش متصل است.

محفظه هوایی در مجاورت پمپ تعبیه می‌شود و هوای متراکم قسمت فوقانی آن توسط کمپرسور تأمین می‌شود. بلافاصله پس از، ازکارافتادن پمپ، موج فشاری منفی در لوله رانش ایجاد می‌شود که برای کنترل مقدار حداقل فشار در خط لوله رانش مایع از محفظه هوایی به داخل لوله رانش تزریق‌شده و موجب تعدیل فشار حداقل در داخل لوله رانش می‌گردد.

به هنگام بازگشت امواج فشاری مثبت به‌طرف پمپ و نیز به هنگام به کار انداختن پمپ، محفظه‌های هوایی نقش تعدیل‌کننده فشارهای مثبت را به عهده داشته و جریان مایع از لوله رانش به داخل محفظه هوایی برقرار می‌شود. بین پمپ و محفظه هوایی یک شیر یک‌طرفه تعبیه می‌شود که به‌محض ازکارافتادن پمپ، شیر یک‌طرفه به‌سرعت بسته‌شده و مانع برگشت آب از لوله رانش به داخل پمپ می‌گردد.

ضربه قوچ در خطوط بخار :

در خطوط بخار، پدیده ضربه قوچ در جریان مایعات، زمانی به وقوع می‌پیوندد که فشار مطلق به‌طور موضوعی در درجه حرارت موجود مایع، به مقدار فشار بخار مایع کاهش پیدا کند، حباب‌های ایجادشده تا لحظه‌ای خیلی کوتاه خود را در جریان معین نگه‌داشته و حتی اگر تنزل فشار ادامه یابد، حباب‌های مذکور افزایش حجم پیداکرده، سپس در منطقه‌ای که فشار دوباره افزایش می‌یابد، به طور ناگهانی، متراکم گشته، ترکیده و له می‌شود.