پمپ و پمپاژ

تعریف ضربه قوچ پديده اي بنام ضربه قوچ از ترجمه واژه فرانسوي Coup DE Belier گرفته 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 آيد، به عبارت ديگر انرژي سينتيك (Kinetic Energy) به انرژي الاستيسيته (Elasticity Energy) تبديل مي گردد. گاهي اوقات قدرت تخريبي اين موج ها به حدي است كه نتايج وخيمي به بار مي آورد. تركيدن لوله و خطوط لوله در سيستم هاي انتقال و شبكه هاي توزيع، خرابي و شكسته شدن شيرها، دريچه هاي كنترل و پمپ ها از نمونه هاي بارز تاثير اين پديده مي باشد. از اين گونه حوادث كه در طرح هاي آبي موجب تخريب مي گردد؛ فراوان مشاهده مي شود و همه ساله خسارت زيادي را بر سيستم هاي جريان تحت فشار تحميل مي نمايد. البته در بعضي از پروژه ها شدت تخريب ضربه قوچ به حدي است كه به يكباره سيستم انتقال را فلج مي نمايد، اما در همين سيستم ها نيز با تكرار اين حادثه در هنگام بهره برداري موجب مي شود تا از كارايي سيستم ها كاسته شده و نهايتاً به خطوط لوله، شيرآلات و دريچه ها، پمپ ها و توربين ها و سازه ي اطراف سيستم هيدروليكي و يا تأسيسات مكانيكي مجاور صدمه وارد آيد. در واقع امروزه در كليه طرح هاي انتقال آب يا سيستم هاي انقال سيالات ديگر، بررسي و مطالعه دقيق ضربه قوچ به عنوان يك امر لازم و ضروري مي باشد تا با شناخت كامل اثر آن، براي كنترل اثرات سوء اين فرآيند تمهيدات مناسب اتخاذ گردد و سيستم انتقال از خطرات اين پديده مصون بماند. ضربه قوچ آب در خطوط لوله را شايد بتوان يكي از پيچيده ترين و در عين حال جذابترين پديده در نظر افرادي كه با سيستم هاي پمپاژ و انتقال آب سروكار دارند به حساب آورد. طراحي سيستم هاي با سرعت جريان كم (موردي كه در ايران بسيار رايج است) باعث افزايش قطر لوله ها شده و سبب مي شود كه سالانه هزاران تن لوله اضافي در خاك مدفون بشود و اجراي پروژه ها با هزينه هاي سرسام آوري انجام يابد و از طرف ديگر اهميت ندادن به مسائل ضربه قوچ (بخصوص در خط لوله با طول كم و يا ارتفاع استاتيك كم) مشكلات زيادي پيش مي آورد كه بهره برداري از سيستم ها را بسيار مشكل، پرهزينه و يا حتي غيرممكن مي كند. لذا آشنايي هر چه بيشتر كليه دست اندركاران سيستم هاي پمپاژ و انتقال آب با اصول اوليه اين پديده، روشهاي محاسبه، عوامل تأثير گذار و روش هاي مقابله با آن كاملاً ضروري است ضربه قوچ افزايش فشار يا موجي است كه در شاره هاي در حال حركت پس از توقف يا تغيير مسير ناگهاني پيش مي آيد. اين افزايش فشار معمولاً هنگامي رخ ميدهد كه شيري در مسير حركت شاره (آب يا گاز) ناگهان بسته ميشود. ضربه قوچ كه در بعضي از متون فارسي از آن به عنوان «چکش آبی» هم ياد شده از ترجمه واژه Water Hammering آمده است. اين پديده در خطوط لوله جريان تحت فشار و مجاري باز اتفاق مي افتد و بوضوح بر قوانين فشار، تغييرات آبي يا تغييرات سرعت جريان و شرايط زماني و مكاني حركت سيال استوار است. در بعضي از سيستم هاي هيدروليكي تحت فشار، نظير خطوط انتقال آب، نفت يا شبكه هاي توزيع و لوله هاي آب بر منتهي به توربين ها، تونل هاي آبي، سيستم هاي پمپاژ و جريان هاي ثقلي، پديده ضربه قوچ با ايجاد موج هاي سريع، زودگذر و ميرا موجب خطرات گوناگوني مي شود. گاهي اوقات قدرت تخريبي اين موج هاي فشار به حدي است كه نتايج وخيمي به بار مي آورد. تركيدن خطوط لوله در سيستم هاي انتقال و شبكه هاي توزيع، خرابي و شكسته شدن شيرها، دريچه هاي كنترل و پمپ ها از نمونه هاي بارز تأثير اين پديده مي باشد. مثال قدرت تخریب ضربه قوچ براي نمونه، در سال 1934 ميلادي قدرت تخريبي ضربه قوچ در پروژه اي موجب شده كه قطعه اي از اطراف خط لوله به وزن 12 تن تا فاصله 50 متري پرتاب شود. در واقع امروزه در كليه طرح هاي انتقال آب يا سيستم هاي انتقال سيالات ديگر، بررسي و مطالعه دقيق ضربه قوچ به عنوان يك امر لازم و ضروري مي باشد تا با شناخت كامل اثر آن، براي كنترل اثرات سوء اين فرايند تمهيدات مناسب اتخاذ گردد. ایجاد ضربه قوچ در اثر قطع برق در پمپ ها 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. چنانچه اين فشار تعديل نشود پمپي كه مي بايست حداقل 10 سال كار نمايد در كمتر از 10 ماه از بين مي رود. همانطور كه در بالا اشاره شد، بر اثر قطع ناگهاني نيروي محركه پمپ، براي زمان كوتاهي پمپ مانند توربين آبي (Water Turbine) 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 مي گردد (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 مانع 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 آيد. علائم ضربه قوچ 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 پديده 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. راه های پیشنهادی جهت جلوگیری از ضربه قوچ در زمان خاموش شدن پمپ براي كاهش فشار ناگهاني از پديده ضربه قوچ بخصوص در زمان خاموش شدن پمپ راه هاي ذيل پيشنهاد مي شود: ايجاد شير يكطرفه بر روي لوله رانش (البته شير يكطرفه از خطرات ناشي از ضربه قوج مصون نيست و مي بايست بطور متوسط هر يك ماه يكبار بازديد شود. نصب شير اطمينان براي تنظيم فشار يكي از بهترين راه هاي كاهش ضربه قوج استفاده از يك محفظه هوا در مجاورت خط لوله كه قسمت پائيني آن پر از آب بوده و قسمت بالائي آن هواي فشرده محبوس است مي باشد، بدين ترتيب كه محفظه هوا را به هر شكل دلخواه هندسي مي توان ساخت و بصورت افقي، قائم يا كج نصب نمود، وقتي پمپ بطور ناگهاني خاموش مي شود هواي داخل محفظه انبساط مي يابد و آب انتهاي آنرا به لوله رانش منتقل مي كند، شير يكطرفه لوله رانش بسته ميشود و موج برگشتي به داخل محفظه هوا جريان مي يابد. توجه به نكات زير نيز ضروري است: اگر پوسته پمپ ضمن كار داغ گردد ولي پمپ هيچ آبدهي نداشته باشد، دليل آن است كه براي اين پمپ فشار رانش خيلي بالا است (البته ممكن است در اثر كور شدن لوله پمپ نيز اين اتفاق بيافتد). اگر پمپ سرد باشد ولي آبدهي نداشته باشد دليل آن است كه پمپ هوا گرفته است. اگر پمپ مكش ندارد در حالي كه عقربه هاي فشار سنج بشدت مي پرند، دليل اينست كه هواگيري پمپ كامل نيست. اگر پمپ مكش نداشته باشد و خلاءسنج خلاء زيادي را نشان دهد، بدليل اينست كه شير پاياب (سوپاپ) خراب است يا براي پمپ مذكور سنگين است يا مقاومت لوله مكش زياد مي باشد و يا اينكه ارتفاع مكش زياد است. اگر پمپ كار كند و فشار سنج و خلاءسنج صفر نباشند ولي آبدهي وجود نداشته باشد دليل آن مقاومت زياد خطوط لوله است. اگر آبدهي پمپ كمتر از ارتفاع محاسباتي باشد علت آن ممكن است به علت گرفتگي صافي يا پره هاي پمپ، يا مشكل آبندي، يا ارتفاع رانش خيلي زياد و يا گردش معكوس پروانه ها باشد. اگر پمپ مدت كوتاهي كار كند ولي بلافاصله آبدهي آن قطع شود احتمالاً بعلت نشت هوا از اتصالات لوله مكش، يا گرفتگي لوله ها و يا عدم استغراق كامل دهنه مكش باشد. اگر ياتاقان هاي پمپ بيش از حد داغ نمايند (دماي آنها نبايد بيش از 60 - 70 درجه گرم شوند) علت آن عدم روغن كاري كافي پمپ يا عدم بالانس بودن محور پمپ و موتور و يا بعلت سائيدگي ناشي از كار زياد مي تواند باشد. اگر شدت صداي موتور پمپ بيش از حد معمول باشد علت آن سفتي بيش از حد كاسه نمد ها يا فاصله زياد پروانه ها بعلت سائيدگي زياد مي باشد.

پمپ و پمپاژ

ضربه قوچ (چکش آبی) چیست؟

همه چیز درباره پمپ ها