ضربه قوچ

آب از محوری ترین عوامل توسعه جوامع انسانی است و از دیرباز نقش عمده ای در زندگی بشر ایفا نموده و با زندگی او آمیخته استتمدن های اولیه به اتفاق در کنار منابعه طبیعی آب شکل گرفته و گسترش پیدا کرده انددر طی گذشت سالها با افزایش رشد و پراکندگی جمعیت و گسترش نیازهای کشاورزی،صنعتی و شرب دیگر ممکن نبود که بشر خود را به شرایط محیطی محدود کندو یا با صرف زما

ضربه قوچ

مقدمه

آب از محوری ترین عوامل توسعه جوامع انسانی است و از دیرباز نقش عمده ای در زندگی بشر ایفا نموده و با زندگی او آمیخته است.تمدن های اولیه به اتفاق در کنار منابعه طبیعی آب شکل گرفته و گسترش پیدا کرده اند.در طی گذشت سالها با افزایش رشد و پراکندگی جمعیت و گسترش نیازهای کشاورزی،صنعتی و شرب دیگر ممکن نبود که بشر خود را به شرایط محیطی محدود کندو یا با صرف زمان بسیار و با هزینه ی زیاد اقدام به ساخت ابنیه های نگهداری آب کند که عموماً ظرفیت محدودی نیز دارند.لذا بشر به انتقال آب روی آورد.

نحوه ی انتقال آب بسته به موقعیت جغرافیایی و محیطی متفاوت بوده است.در مناطق پر آب از نهرهای روباز به منظور انتقال آب استفاده شده است.درمناطق کم آب روش های دیگری برگزیده شده است که از آن جمله می توان به حفر قنات و انتقال آب زیرزمینی در مسافت های طولانی اشاره کرد که این روش از شاهکارهای مهندسی آب می باشد که توسط ایرانیان ابداع شده است.استفاده از خطوط لوله ای انتقال آب،یکی دیگر از روشهای انتقال آب می باشد که با پیشرفت بشر در قرون اخیر میسر شد.این روش ضمن کاهش اتلاف آب،انتقال حجم دلخواه آب با شدت مورد نظر را میسر  می سازد.

در طراحی سیستم های هیدرولیکی تحت فشار تحلیل جریانهای ناماندگار بحث بسیار مهمی است.جریان های ناماندگار در لوله ها به شکل های گوناگونی ممکن است رخ دهد که یکی ازاشکال آن،جریان ناماندگار «میرا»  می باشد که به طور خاص «ضربه ی قوچ»  نامیده می شود.

 

 

ضربه قوچ چیست؟

تا به حال در صنعت با چنین کلمه ای ممکن است آشنا شده باشید ولی نمی دانید که این اصطلاح هب چه فرآیندی گفته می شود.زمانی که یک سیال در داخل یک لاین(لوله) در حال حرکت می باشد ممکن است بر اثر عواملی همچون کم و زیاد شدن شدت جریان یا زمانی که شیر می خواهد باز شود یا ناگهان بسته می شود. این پدیده باعث تغییر ناگهانی جریان و ایجاد افت فشار به شکل یک موج فشاری در طول لوله می شود که حرکت کرده و باعث کم و زیاد شدن فشار می شود.
به این پدیده ضربه قوچ می گوییند.

روشهای جلوگیری ازضربه آبی(قوچ)

یكی از معضلات سیستم های انتقال بخار پدیده ضربه آبی است كه در صورت بروز با سروصدا و آسیب های جدی به لوله ها و اجزاء سیستم، مانند تله های بخار، تخلیه كننده ها (Vents) همراه خواهد بود. در این سیستم ها دو نوع ضربه داریم.

1)     در اثر تجمع قطرات تقطیر شده در قسمت افقی لوله های بخار و عبور بخار با سرعت بالا در

 1=Transient                                                            2=Water Hammer

مجاورت این قطرات ضربه اتفاق می افتد. در اثر برخورد بخار سریع (تا 50 (m/s با قطرات مایع لرزش ایجاد شده و در صورت حجیم بودن توده آب تشكیل شده حركت این توده با سرعت نزدیك سرعت بخار و برخورد آن به اولین زانوئی مسیر، نیروی فوق العاده ای بر زانوئی اعمال شده كه ممكن است منجر به شكست لوله گردد.

2)      ضربه آبی نوع دوم همان كاویتاسیون است كه در اثر شكل گرفتن حباب های بخار در لوله ای كه از آن آب عبور می كند رخ می دهد چنانچه در اثر تبادل حرارت بخارها تقطیر شوند حبابهای بخار تركیده و پدیده كاویتاسیون رخ میدهد دراینصورت امكان آسیب دیدگی تله های بخارواجزاء دیگر سیستم وجود دارد.

موارد مهم در نصب لوله های بخار جهت جلوگیری از این پدیده بقرار زیرمی باشند:

ü     لوله های بخار بصورت شیبدار از دیگ بخار تا محل تخلیه قطرات (Drip Trap) نصب شوند.

ü     جایگاه تخلیه قطرات بایستی جلوتر از شیر تنظیم بخار پیش بینی شود تا از تجمع قطرات در موقع بسته بودن شیر جلوگیری شود.

ü     صافی های Y شكل نصب شده در خطوط بخار بایستی دارای پرده صافی نصب شده افقی باشند تا مانع جمع شدن قطرات و حركت توده ائی آنها در موقع شروع جریان بخار شود.

كلیه تجهیزاتی كه دارای تنظیم كننده بخار هستند بایستی دارای تخلیه ثقلی قطرات از تله بخار باشند و از برگشت به مسیر با افزایش ارتفاع (Lifts) بایستی جلوگیری شود.

ü     یك تله ترمو استاتیك بهترین انتخاب برای یك مبدل حرارتی است در این صورت هوای جمع شده سریعاً تخلیه میگردد. در صورت عدم تخلیه قطرات امكان بروز پدیده ضربه و عملكرد ضعیف مبدل وجود دارد.

ü     هر افزایش ارتفاعی (Lifts) در خطوط برگشتی كندانس بعد از تخلیه تله بخار نیاز به یك فشار مثبت در پوسته مبدل حرارتی جهت تخلیه قطرات كندانس دارد، واضح است تا تأمین فشار كافی، احتمال افزایش دمای سمت بخار وجود خواهد داشت و در اینصورت دمای آب خروجی از مبدل نیز تغییر خواهد كرد.

ü     در اغلب مبدلهای حرارتی خلاء شكن نصب می شود بنحویكه چنانچه در داخل پوسته خلاء ایجاد شد شیر خلاء شكن باز شده و هوا به داخل مبدل جریان یابد در غیر اینصورت خلاء ایجاد شده در مبدل موجب جمع شدن مایع و بروز پدیده ضربه می گردد.

هدف از تله بخار در سیستم های بخار بیرون کردن آبی است که در داخل وسایل مصرف کننده حرارت یا خطوط لوله تقطیر می شود. تله بخار اجازه نمی دهد از آن بخار عبور کند اما آب عبور می کند، محل نصب تله بخارها بعد از هر مرحله تبادل حرارت مانند بعد از مبدل، کنوکتور و نیز در پائین اغلب رایزرها و انتهای لوله اصلی بخار می باشد.

در مورد کار با تله های بخار، یک نکته بسیار مهم وجود دارد و آن این است که اولین گام برای اجتناب از مشکلات ایجاد شده توسط این تجهیزات، انتخاب مناسب و نصب صحیح آن ها می باشد. اگر با این تجهیزات به ظاهر ساده ولی در عین حال بسیار مهم مشکلی دارید، می توانید از خطوط راهنمای ارائه شده در این نوشتار برای تشخیص و رفع عیب آن ها استفاده نمایید. وظیفه ی تله بخار، زدایش کندانسه، هوا و دی اکسید کربن از سیستم لوله کشی به محض تجمع این گازها و با حداقل اتلاف بخار است. زمانی که بخار، گرمای نهان ارزشمند خود را آزاد می کند و چگالیده می شود، این کندانسه ی داغ باید بلافاصله از سیستم جدا شود تا از بروز پدیده ی ضربه قوچ جلوگیری گردد. وجود هوا در سیستم بخار، بخشی از حجم سیستم را که قاعدتاً باید توسط بخار اشغال شود به خود اختصاص می دهد. دمای مخلوط هوا-بخار، به دمایی کمتر از دمای بخار خالص افت می کند. هوا، یک عایق است که به سطح لوله و تجهیزات چسبیده و باعث کند و غیر یکنواخت شدن فرآیند انتقال حرارت می گردد. در صورتی که دی اکسید کربن حضور داشته باشد، بخار موجود در سیستم، دی اکسید کربن را به دیواره های سطح انتقال حرارت رانده و بدین ترتیب، انتقال حرارت کاهش         می یابد.دی اکسید کربن همچنین می تواند در کندانسه به صورت محلول در آمده و تولید اسید کربنیک نماید که باعث خوردگی در لوله ها و تجهیزات می گردد.

انواع تله بخارها جهت جلوگیری از ضربه قوچ:

1)     تله های شناور

2)     تله نوع سطل باز

3)     تله های سطل وارانه

4)     تله ترمودینامیکی

5)     تله ترموستاتیک انبساط فلزی

6)     تله ترموستاتیکی فشار متعادل

7)     تله دو فلزی (بی متال)

 

ضربه قوچ:

کندانسه که در بخش تحتانی خط بخار قرار دارد می تواند باعث بروز پدیده ضربه قوچ شود. زمانی که بخار با سرعت بسیار بالا حرکت می کند هنگام حرکت از روی لایه ی کندانسه باعث ایجاد موج بر روی آن می گردد. اگر این حالت افزایش یابد بخار پرسرعت می تواند کندانسه را به حرکت درآورده و هنگام تغییر راستا، یک ضربه خطرناک ایجاد کند. این پدیده را ضربه قوچ می نامند. زمانی که کندانسه پر سرعت به مانعی برخورد می کند انرژی جنبشی آن به انرژی فشاری تبدیل شده و این افزایش فشار ناگهانی می تواند باعث تخریب مکانیسم عملکردی در تله های شناور و تله های ترموستاتیک فشار متعادل گردد. برای اجتناب از این پدیده باید از تله های قدرتمند مانند تله های ترمودینامیکی یا تله های سطل وارونه استفاده نموده و یا راستای لوله کشی را عوض نمود.

 

تله بخارها چیست:

هنگام استفاده از بخار به عنوان ناقل گرما در سیستمهای مختلف برای اطمینان از این كه تمامی بخار توسط چگالش تبدیل به آب میشود باید از تله بخار استفاده كرد وتله بخارها بخار را در درون سیستم نگاه میدارند تا زمانی كه حرارت خود را آزاد كرده وبه آب تبدیل شود .
كندانسه زمانی بوجود میآید كه بخار پرفشار داغ با جداره های سردتر لوله تماس یافته وكاهش دما به حدی باشد كه موجب چگالش یا تغییر حالت از گاز به مایع شود . سیستم تله بخار بگونه ای است كه تنها به آب كندانسه اجازه برگشت به سمت دیگ را می دهند.وجود كندانسه در خطوط بخار مشكلات زیادی مانند خورده شدن بیش از حد شیرها واتصالات سوراخ شدن جداره های لوله ها و زانویی ها و ارتعاش خط لوله را بوجود می آورد .تله بخارها همچنین هوا وسایر گازهای چگالیده نشده را تخلیه می كنند . هوا یا سایر گازها انتقال حرارت در سیستم را كاهش داده و منجر به خوردگی داخل سیستم می شوند .

تله بخارها به سه گروه عمده تله های ترموستاتیك -مكانیكی و جنبشی تقسیم می شوند .تله های ترموستاتیك دارای یك عضو دو فلزی یا فانوسه ای می باشند .كه كندانسه فوق سرد وبخار را تشخیص داده و در صورت وجود كندانسه یك شیر را باز میكنند .تله بخار ترموستاتیك دو فلزی از یك عضو فلزی كه برای این كاربرد دارای ضریب انبساط مناسبی باشد استفاده میكند . تله بخارهای ترموستاتیك فانوسه ای از یك سیال با نقطه جوش پایین تر از آب استفاده می كنند كه می تواند ضمن منقبض ومنبسط شدن دریچه تخلیه را باز وبسته نماید .این نوع تله ها معمولا در كاربردهای با فشار بالا و در جایی كه ذخیره مقداری كندانسه مجاز باشد استفاده می شود .نحوه كار تله های مكانیكی بر اساس نیروی غوطه وری واختلاف بین چگالی بخار وكندانسه می باشد .تله های شناوری وترموستاتیكی سطلی وسطلی معكوس سه نوع عموده تله های مكانیكی می باشند .این نوع تله ها كندانسه را در دمایی نزدیك به دمای اشباع بخار تخلیه می كنند .تله های شناوری وترموستاتیكی تركیبی از تله های شناوری و ترموستاتیكی فانوسه ای می باشند .این نوع تله ها برای ظرفیت های بالا در فرایندهای بخار كم فشار و همچنین كاربردهای HVAC مناسب هستند .این تله ها تا فشارهای 200psi یا بیشتر موجود می باشند .ولی در فشارهای بالاتر مستعد پدیده ضربه قوچ می باشند .تله های سطلی وسطلی معكوس برای باز وبسته كردن دریچه تخلیه از نیروی غوطه وری استفاده میكنند .سوراخ تخلیه معمولا در بالا قرار دارد .تا احتمال مسدود شدن آن كاهش یابد .تله های جنبشی بر اساس اختلاف خصوصیات جریان های بخار وكندانسه عمل میكنند .تله های ترمو دینامیك یا دیسكی ضربه ای یا پیستونی و اوریفیس دار سه نوع عمده تله های جنبشی می باشند .تله های ترمودینامیك یا دیسكی دارای یك عضو متحرك هستند .این عضو یك دیسك است كه برای باز كردن دریچه خروجی نشیمنگاه خود را بالا می برد .این نوع تله ها برای سیستمهای بخار پرفشار بسیار مناسب میباشند .تله های ضربه ای یا پیستونی شیر تخلیه خود را بر اساس فشار باز وبسته میكنند .این نوع تله ها بدلیل كوچك بودن منفذ تخلیه ممكن است مسدود شوند و یا گیر كنند .تله های اوریفیسی هیچ عضو متحركی ندارند و بر اساس اختلاف چگالی كندانسه را به طور مدام تخلیه می كنند . این نوع تله ها تحت شرایط ثابت بار و فشار مانند لوله اصلی بخار بهترین عملكرد را دارند .

مهمترین راه كاهش اتلاف بخار تداوم یك برنامه دوره ای برای بازبینی و تعمیر تله بخار می باشد . هزینه های سالانه تعمیر و یا تعویض قطعات یا خود تله ها در مقایسه با هزینه ناشی از اتلاف بخار بسیار ناچیز است .برنامه آزمایش وبازرسی تله بخار بسته به نوع تله میتواند از هر یك از موارد زیر تشكیل شده باشد .

بازبینی این كه انتخاب نوع تله با محل كاربرد تناسب دارد .و همچنین سایز وجزییات لوله كشی                   بررسی شود .

در لوله كشی مسیر خروجی تله یك شیر تست نصب شود تا بتوان خروجی ان را عینا مشاهده كرد. با استفاده از ابزار مافوق صوت ( اولتراسونیك ) و یا گوشی پزشكی به صدای تله گوش كنید .اگر تله بخار به درستی كار كند یك صدای هیس ناشی از بخار اب وصدای شرشر ناشی از كندانسه شنیده می شود. با استفاده از گوشی پزشكی به صدای باز وبسته شدن دیسك وسطل گوش كنید .

دوره های بازرسی معمول برای كاربردهای مختلف از 6 ماه برای تله های اصلی بخار تا یك سال برای تله های سیستم گرمایش تغییر میكند .همچنین توجه كنید كه در یك برنامه نگهداری تله های بخار باید مشخصات كامل تله مانند محل قرار گیری سایز ظرفیت تولید كننده وشماره مدل ونوع كاربرد آن درج شود .

دوره های بازرسی معمول برای كاربردهای مختلف از 6 ماه برای تله های اصلی بخار تا یك سال برای تله های سیستم گرمایش تغییر میكند .همچنین توجه كنید كه در یك برنامه نگهداری تله های بخار باید مشخصات كامل تله مانند محل قرار گیری سایز ظرفیت تولید كننده وشماره مدل ونوع كاربرد آن درج شود .

جهت دریافت فایل ضربه قوچ لطفا آن را خریداری نمایید