از آنجا که دنیای امروز ، با توجه به رقابت تنگاتنگ ، به سمت هر چه اقتصادی تر شدن گام برمی دارد ؛ توجه به مسائلی که منجر به پیشگیری از بحرانی باشد صاحبان مشاغل را بیشتر جذب خود می کند تا مسائلی مربوط به مهندسی بحران. از این رو آگاهی از معضلات و به قولی دست اندازها و آشنایی با راه حل رفع آنها نیز حائز اهمیتی ویژه است . این مقاله قصد دارد ضمن آشنایی با دو مفهوم هیدرولیکی کاویتاسیون و ضربه قوچ ، به راه های جلوگیری از وقوع آن ها نیز بپردازد . نکته جالبی که در این دو پدیده هیدرولیکی وجود دارد ، این است که یکی به علت افزایش فشار و دیگری در صورت کاهش فشار اتفاق می افتند ولی نتیجه هر دو یکی است ؛ خوردگی لوله !
کاویتاسیون
همان طور که در بالا هم به آن اشاره شد ؛ کاویتاسیون ( Cavitation ) و به عبارتی دیگر حفره زایی ، پدیده ایست که به دلیل کاهش فشار اتفاق می افتد ، باعث تبخیر موضعی آب می شود و در نهایت به تولید حباب هایی زیان آور منجر می شود . شرایطی را در نظر بگیرید که مایع در لوله جریانی متلاطم دارد ؛ در این شرایط فشار در قسمت های مختلف متفاوت است این اختلاف فشار باعث می شود تا آب به جای اینکه در 100 سانتی گراد به جوش بیاید و تبخیر شود ، در فشار های کمتر بخار شود و تولید حباب کند . این حباب ها با حرکت جریان به مناطق پر فشار تر می روند و همین اختلاف فشار باعث ترکیدن شان می شود ؛ ترکیدن حباب ها شوکی موج‌مانند ایجاد میکند که صدادار است . در پی ترکیدن این حباب هاست که خوردگی ایجاد می شود . پدیده کاویتاسیون معمولا در سرریز سد ها ، لوله های انتقال آب ، پروانه کشتی و … روی می دهد . جالب است بدانید که گاز ناشی از ترکیدن حباب های کاویتاسیون برای آبزیان مخصوصا میگوها بسیار مضرر و کشنده است و موجب نوعی سرطان می شود .
راه های پیشگیری از کاویتاسیون
- کاهش دما . هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می یابد .
- بالا بردن مخزن
- افزایش فشار مخزن
- عایق بندی مناسب لوله ها
- جلوگيري از ورود هوا به داخل پمپ ( درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آببندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مکش )
- بكارگيري چندين پمپ كوچكتر بجاي استفاده از يك پمپ بزرگ
- نگه داشتن سرعت سیال به میزان 8 فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله)
- از به کار بردن مسیرهای طولانی ( شیرها و زانویی ها) که باعث افت فشار در ورودی می شود ، حدالامکان خودداری نمایید .
- اطمینان از کاردکرد پمپ در شرایط طراحی
ضربه قوچ
ضربه قوچ زمانی اتفاق می‌افتد که آب تحت فشار داخل لوله دچار تغییر ناگهانی شود ( مثلاً سرعت آن عوض شود) و افزایش فشار پیدا کند که با بروز صدا همراه است . ضربه قوچ معمولا در زمان بسته شدن شیر آلات در انتهای خطوط لوله کشی رخ می دهد . همان طور که در بالا گفته شد ، ضربه قوچ در اثر یک تغییر ناگهانی رخ می دهد تغییراتی نظیر : 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 سیستم‌های دور متغیر) ، پر سرعت دورانی پمپ یا پمپ‌ها (در سیستم‌های دور متغیر) ، استفاده از شیرهای یک‌طرفه نامناسب و از کارافتادن ناگهانی یک یا چند پمپ . فشار تولیدی حاصل از ضربه قوچ موجب به وجود آمدن تنش های بسیار زیادی در اجزاء شبکه گشته و باعث صدمات فراوانی به شبکه شوند ، و در بدترین حالات باعث شکستگی پوسته پمپ و لوله ها و اتصالات شبکه می شود . در واقع مکانیزم ضربه قوچی آب، حساسیت یک سیستم انتقال سیال را در مقابل هر نوع تغییر وضعیت دبی، سرعت و فشارجریان نشان می دهد و چون پدیده ضربه قوچ آب یک حالت زودگذر و موقتی است، لذا پس از آن کـه این موج مستهلک گردید، جریان دوباره به حالت پایدار و دائمی دیگري که متفاوت از حالـت پایـدار اولیـه اسـت مـی رسد .
راه های جلوگیری از ضربه قوچ
- از شیر مناسب برای تنظیم دبی استفاده شود ( شیرهای یک‌طرفه با سرعت بسته شدن زیاد ، شیرهای کنترل پمپ در خروجی پمپ‌ها ، شـیرهای قطع و وصل مجهز بـه محرک‌های الکــتریکی )
- استفاده از Actuators (عملگر ) در خـروجی پمپ‌ها
- اسـتفاده از شـیرهای اطمینـان و یا ترکیـب شیرهای اطمینان با شیرهای یک‌طرفه سوپاپی دو سر فلنج فنردار و یا ترکیب شیرهای اطمینان با چرخ لنگر که اقتصادی ترین راه مقابله با ضربه قوچ می باشد .
- استفاده از سوپاپ های ضربه گیر
- استفاده از Soft Starter
- برای جلوگیری از این پدیده در لوله های بخار نیروگاه ها می توان لوله های بخار را به صورت شیبدار از دیگ بخار تا محل تخلیه قطرات نصب شوند .
