Call Us : (+98 21) 88 20 20 60
 
 محاسبات ضربه قوچ و بررسی اثرات آن در لوله های پلی اتیلن پارس اتیلن کیش
 پیمان زندیه
 مدیر مهندسی شرکت پارس اتیلن کیش  


   چکيده  
استفاده از لوله های پلی اتیلن در صنایع مختلف اعم از صنایع نفت ،گاز ،پتروشیمی و صنایع آب و فاضلاب به جهت ویژگیهای منحصر بفرد این جنس از لوله ها در حال افزایش روزافزون می باشد .روش های ساده در نصب و راه اندازی و جوشکاری سریع و مطمئن از دلائل اصلی این افزایش مصرف می باشد .هرچند باید مواردی چون مقاومت در برابر مواد شیمیائی و عمر طولانی در محیط های اسیدی و مرطوب را نیز به آن اضافه نمود .
در این مقاله بررسی اثرات ضربه قوچ و  محاسبات میزان عددی  اثر این ضربه در لوله هاي پلي اتيلن پارس اتیلن کیش  مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است .در ادامه دو روش دستی و رایانه ای محاسبه ميزان عددي اين ضربه مورد بررسی قرار گرفته است .

کلمات کليدی:  لوله پلی اتیلن ، ضربه قوچ ، موج فشاری ،مدول الاسیسیته ، سرعت انتشار موج

   مقدمه  
ضربه قوچ در اثر بستن و یا باز کردن ناگهانی و یا تدریجی شیر تغذیه کننده لوله و یا دریچه و یا سوپاپ موجود در قسمت انتهای لوله حامل سیال تحت فشار ایجاد می شود که با تغییرات سرعت و تغییر اندازه حرکت همراه است و سبب ایجاد یک افزایش فشار و یا کاهش فشار در لوله می گردد و بصورت موج منفی و مثبت با سرعتی که به سرعت موج موسوم است در طول لوله پیش می رود . ضربه قوچ از ترجمه واژه فرانسوي Coup DE Belier گرفته شده است و مترادف اصطلاح انگليسي Water Hammer‌ (چكش آب) مي باشد . ضربه قوچ در اثر يك تغيير (يا قطع ناگهاني) در سرعت جريان سيال در يك مجرا (شبه) به وجود مي آيد . به عبارت ديگر انرژي سينتيك (Kinetic energy) به انرژي الاستيسيته (Elasticity energy) تبديل مي گردد .

   ضربه قوچ و اثرات آن  
هر گاه 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 گردد و باعث صدمات فراواني به شبكه شوند و در بدترين حالات باعث شكستگي پوسته پمپ و لوله ها و اتصالات شبكه مي شود .
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 می نماید و ادامه پيدا مي كند تا به مخزني كه آب به آن پمپ مي شود ، برسد. اين حركت موجي بر اثر برخورد با اين مانع منعكس مي گردد و ستونهاي 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 فشاری 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 متراكم در برخورد با مانع نرم مانند منبع آب ، هوا و ... به صورت موج انبساطی و در اثر برخورد با مانع سخت مانند شير يكطرفه ، ديوار و ... بصورت امواج متراكم منعكس مي شود . اين مسئله در مورد موج انبساطی نيز صدق مي نماید .افت فشاري كه بر اثر اصطكاك داخل لوله به وجود مي آيد روي نوسانات فشار تأثير نموده و کم كم آن را مستهلك و سيستم به حالت تعادل در مي آيد . 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 شده است 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 ولي 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 .
سرعت این موج به تراکم پذیری مایع و ضریب کشسانی لوله بستگی دارد چون تغییر فشار در لوله بصورت حرکت موج ظاهر می شود . بستن سريع شير بخاطر تبديل انرژي جنبشي به انرژي پتانسيل مي تواند ايجاد موج فشاري كند. اين موج درسيستم حركت مي كند و مي تواند در محلي بسيار دورتر از منبع آن ايجاد خطر كند. اندازه ضربه قوچ بستگي به خصوصيات و سرعت سيال، مدول الاستيسيته لوله، ضخامت لوله، طول خط لوله و شدت تغيير ممنتم سيال دارد.

چگونگی ایجاد ضربه قوچ
شکل شماره 1- چگونگی ایجاد ضربه قوچ

مدول الاستيسيته كم در لوله هاي پلي اتيلن باعث توانايي بالاي دفع نيروي موج و كاهش تاثير موج در سيستم مي شود . شدت موج فشاري در لوله هاي فلزي بخاطر بالا بودن مدول الاستيسيته آنها بيشتر است . بدين ترتيب شدت ضربه قوچ در لوله هاي پلي اتيلن  بسیار كمتر در شرايط مشابه در لوله هاي كربن استيل يا چدني مي باشد .

  1. محاسبات دستی میزان ضربه قوچ در لوله پلی اتیلن پارس اتیلن کیش

در سال 1900 میلادی دانشمند روسی بنام ژوکوفسکی فرمولی برای محاسبه حداکثر تغییرات فشار ناشی از تغییرات ناگهانی سرعت ارائه نمود که به فرمول سنت پترز بورگ نیز مشهور می باشد .طبق این فرمول حداکثر تغییر فشار ناشی از ضربه قوچ بصورت زیر فرموله می شود :
H  =                                                           (1)
= c سرعت انتشار موج فشار بر حسب (m/sec )
V = تغییرات سرعت آب بر حسب m/sec) )
با توجه به جنس لوله مورد استفاده ، سرعت انتشار موج بین 800 الی 1200 متر در ثانیه متفاوت می باشد ولی در لوله های پلاستیکی با توجه به ویژگیهای این لوله ها ممکن است اعداد بسیار کمتر باشد .چنانکه این فرمول نشان می دهد طول خط لوله ، ارتفاع استاتیک ، و پروفیل طولی خط لوله هیچ تاثیری در بوجود آمدن و یا مقدار کاهش و یا افزایش فشار ناشی از ضربه قوچ آب ندارند ولی این فاکتورها در تعیین نوع،ابعاد و حجم تجهیزات مقابله با ضربه قوچ تاثیر دارند .
                                                                (2)
L  : طول خط لوله
c : سرعت انتشار موج فشار در خط لوله
 زمان انعکاس موج فشار :
که می توان  سرعت انتشار موج فشار در خط لوله  را از فرمول زیر محاسبه نمود :
                                                              (3)
 C : سرعت انتشار آشفتگی (Distubrance Propagation Speed )
1420 m/s سرعت حرکت صوت در آب 15درجه سانتیگراد :  
  : مدول الاسیسیته آب :    Kgf /m2 ) )
Ep : مدول الاسیسیته لوله :  (Kgf /m2 )
Di : قطر داخلی لوله (m )
S : ضخامت لوله (m )
   از    به دوره تناوب ضربه قوچ  نام می برند .بعد از محاسبه سرعت انتشار آشفتگی مقدار ضربه قوچ و یا اضافه فشار ناشی از آن با استفاده از فرمول ذیل محاسبه  می گردد :
                                                    (4)
   = اضافه فشار
C = سرعت انتشار آشفتگی  (m/s  )
 = سرعت آب درون لوله  (m/s  )
  = شتاب ثقل (  / m )

  1. محاسبات نرم افزاری ضربه قوچ در لوله پلی اتیلن پارس اتیلن کیش

این نرم افزار محصول شرکتAPPLIED FLOW TECHNOLOGY   می باشد. 
عمده قابلیت این نرم افزار مدلسازی فرآیند ضربه قوچ می باشد.این نرم افزار این امکان را به کاربر خود می دهد تا بازه گسترده از عوامل ایجاد جریان گذرا در لوله را مدل و تحلیل نماید.و این امکان را کاربر می دهد که حد بالای فشار ایجاد از بابت جریان گذرا به دست آورد و بتواند که راهکاری را برای کم نمودن اثرات آن به دست آورد.

نمای اولیه نرم افزار محاسب ضربه قوچ
شکل شماره 1- نمای اولیه نرم افزار محاسب ضربه قوچ

شاید در گذشته ابزارهائی که برای تحلیل ضربه قوچ معرفی می شدند به عنوان ابزارهائی که سخت هستند و به دانش زیادی نیاز دارند معروف بودند اما نرم افزار AFT Impulse   این امکان را برای کاربر برای انجام این محاسبات در سیستم های لوله کشی می دهد.        
این نرم افزار به کاربر خود این امکان را می دهد تا طراح  سیستم لوله کشی خود را به گونه ای طراحی بنماید که اثرات مخرب ضربه قوچ و یا هر عامل جریان گذرا در سیستم در حد مجاز و غیر مخرب باقی بماند.

نمونه لوله کشی و انجام محاسبان
شکل شماره 2- نمونه لوله کشی و انجام محاسبات

شرکت سازنده این نرم افزار در معرفی نرم افزار خود آنرا ابزاری برای متخصص ها و غیر متخصص ها لقب داده است محیط مدلسازی خوب و مدلسازی آسان که از طریق Drag وDrop    نمودن اجزاء در صفحه مدلسازی صورت می پذیرد .

اجزای نرم افزار و آنالیز سیستم
شکل شماره 2- اجزای نرم افزار و آنالیز سیستم

از قابلیت های این نرم افزار می توان از موارد زیر نام برد         
1.   مشخص نمودن حدود بیشینه فشار       
2.   مدلسازی کارکرد سیستم
3.   مشخص نمودن پاسخ سیستم لوله کشی به شرایط گذرا        
4.   مشخص نمودن ابعاد و موقعیت ابزارهای فشار شکن در سیستم
5.   مشخص نمودن مقدار نیروئی که به لوله وارد می شود  
6.   آماده سازی یک فایل نیرو –زمان برای نرم افزار های تحلیل تنش لوله کشی نظیر Caesar II 

   نتايج  
با توجه به مباحث ارائه شده بالا می توان از هر دو روش عنوان شده میزان عددی ضربه قوچ را در لوله های پلی اتیلن پارس اتیلن کیش مورد محاسبه قرار داد . تفاوت لوله های پلی اتیلن  با لوله های فلزی و یا سیمانی باعث میشود که مقاومت لوله های پلی اتیلن پارس اتیلن کیش در برابر ضربه قوچ در مقایسه با انواع دیگر لوله ها بسیار بیشتر باشد .

    مراجع   

 1)  Waterhammer and Mass Oscilation (WHAMO) 3.0 ,User’s Manual ,US Army Corps of Engineers,September 1998 mahdee.nr@gmail.com This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it

مطالب مرتبط

عناوین پربازدید

 تماس با ما
 پارس اتیلن کیش در یک نگاه
 پارس اتیلن کیش نماد خودباوری , توانمندی و کیفیت
 مـامـوریـت و چشـم‌انـداز پــارس اتیــلن کیــش
 فروش و استراتژی های آن در پــارس اتیــلن کیــش
 دلایــل کیــفیت محصـولات پــارس اتیــلن کیــش
 آزمایشگاه کنترل کیفیت
 گارانتی و خدمات پس از فروش
 فراخوان آموزش رایگان جوشکاری
 آکادمی پارس اتیلن کیش
 کیفیت را تجربه کنید
 دلایل استفاده نکردن از لوله و اتصالات بی‌کیفیت
 پروانه استاندارد پارس اتیلن کیش
 انبارش لوله‌های پلی اتیلن
 نگهداری لوله‌ پلی‌اتیلن در برابر اشعه UV
 راهنمای جوش لوله و اتصالات پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن گاز
 لوله دوجداره کاروگیت
 اتصالات تکجداره پلی اتیلن
 اتصالات دوجداره پلی اتیلن
 اتصالات الکتروفیوژن
 قفس پلی‌اتیلن پرورش‌ ماهی
 سیستم تصفیه فاضلاب خانگی
 منهول پلی اتیلن
 منهول مخابراتی پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن آتشنشانی
 هندبوک لوله پلی اتیلن
 هندبوک لوله دوجداره کاروگیت
 لیست قیمت لوله پلی اتیلن
 لیست قیمت لوله کاروگیت
 گواهینامه FM Approval پارس اتیلن کیش
 PDMS کاتالوگ پارس اتیلن کیش
 مشخصات فنی خطوط لوله آب و فاضلاب - نشریه 303
 ضوابط و معيارهای فنی آبياری تحت فشار - نشریه 286
 کاربرد لوله پلی اتیلن در سیستم آتش‌نشانی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در نیروگاه‌ها
 کاربرد لوله پلی اتیلن در راه‌آهن
 کاربرد لوله پلی اتیلن در معدن
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در فــرودگـاه
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در کشاورزی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در انتقال کود و سموم کشاورزی
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در زهکشی
 کاربرد‌ لوله پلی اتیلن در محل‌های دفن زباله
 کاربرد مواد کوتینگ (پـوشـش) در لــولــه‌هـای فـــولادی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در کاورینگ کابل و فیبرهای نوری
 کاربرد لوله‌های پلی اتیلن در هوارسانی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در کشتی‌ها
 کاربرد لوله پلی اتیلن در گرمایش از کف
 گالری پارس اتیلن
 منهول مماسی پلی اتیلن
 لوله پی وی سی - پلیکا
 لوله زهکش
 لوله پکس PEX
  نوار آبیاری پلی اتیلن
 پوش فیت Pushfit
 لوله پلی اتیلن لایروبی
 دستگاه جوش پلی اتیلن
 کاورینگ کابل - کاندوئیت
 انشعاب فاضلاب شهری
 سپتیک تانک پلی اتیلن
 آدم رو پلی اتیلن
 مخازن پلی اتیلن
 نیوجرسی پلی اتیلنی
 شیر‌ آلات صنعتی
 آبپاش آتشنشانی
 منهول فاضلاب
 دریچه کامپوزیتی منهول
 محفظه شیر -  جعبه کنتور
 کاربرد لوله پلی اتیلن در دریا
 قیمت لوله پلی اتیلن
 کاتالوگ محصولات
 خط تولید پلی اتیلن
 گواهینامه و تائیدیه ها
 مواد اولیه
 مواد پلی اتیلن بروج
 خبر نامه
 پلی اتیلن و محیط زیست
 استاندارد لوله پلی اتیلن
 استانداردهای مرجع
 مقالات تخصصی
 مقالات عمومی
 ورزش و سلامتی
 دانستنیهای جزیره‌ کیش
 استخدام در پارس اتیلن کیش
 فرصت های شغلی
 HSE Plan (ایمنی،بهداشت و محیط زیست)
 دانشگاه‌های معتبر
 پایان نامه مهندسی و تخصصی پلیمر و شیمی
 مطالب مدیریت, کارآفرینی, بازاریابی و تکنولوژی

 شرکت پارس اتیلن کیش هیچ نماینده ای در سطح ایران ندارد و فروش محصولات این شرکت تنها از طریق دفتر مرکزی انجام میپذیرد.

:: تمامی حقوق این وب سایت متعلق به شرکت  پارس اتیلن کیش می باشد :: توسعه  و بروزرسانی : پارس اتیلن کیش :: برترین تولید کننده لوله پلی اتیلن ::

:: Sitemap :: RSSFeed ::