ضربه قوچ و کاویتاسیون (توضیحات و راه های جلوگیری از آنها)

همواره در سیستم های هیدرولیکی مانند خطوط انتقال آب، نفت و شبکه های توزیع، افزایش و کاهش ناگهانی فشار مایع منجر به به وجود آمدن پدیده هایی مخرب و زیان آور مانند ضربه قوچ (Water hammer) و کاویتاسیون (Cavitation) می گردد. در واقع ضربه قوچ به علت افزایش ناگهانی فشار و کاویتاسیون به علت کاهش فشار در مایعات به وجود می آیند. در این مقاله به طور خلاصه به معرفی هر کدام از این پدیده ها و راهکار های جلوگیری از آن ها به صورت جداگانه خواهیم پرداخت.

ضربه قوچ (Water hammer) چیست؟

ضربه قوچ یا چکش آبی یکی از پدیده های مخرب هیدرودینامیکی می باشد که ناشی از افزایش ناگهانی فشار در سیالات می باشد.

توقف کامل و یا تغییر سریع مسیر عبور سیال (مانند بسته شدن ناگهانی یک شیر) موجب کاهش ناگهانی دبی و یا شدت جریان آن سیال می شود در نتیجه فشار سیال درون سیستم به طور سریع و ناگهانی  افزایش پیدا می کند. این پدیده مخرب ضربه قوچ یا چکش آبی نامیده می شود که می تواند صدمات و خسارت زیادی مانند ترکیدن خطوط لوله شبکه های توزیع و سیستم‌های انتقال، ترکیدن شیر ها و ولو ها و خراب شدن سایر تجهیزات سیستم مانند تجهیزات اندازه گیری (سنسور فشار، گیج فشار، فلومتر و …) وارد نماید.

این پدیده از لرزش و صدای آن داخل لوله ها قابل تشخیص می باشد.

پدیده ضربه قوچ فقط مرتبط به مایعات نمی باشد، در برخی از سیستم هایی که سیال از نوع بخار می باشد، تحت بعضی از شرایط، بخشی از بخار تبدیل به مایع می شود، اگر شرایط به گونه ای تغییر کند (به طور ناگهانی) که مایع مجددا (سریعا) به بخار تبدیل شود، به یکباره حجم عظیمی از بخار تشکیل می شود و منجر به وجود آمدن شوک و موج مخرب داخل سیستم می شود.

همچنین در برخی از موارد بخار های تقطیر شده تشکیل توده های حجیم آب خواهند داد که اگر سرعت بخار در مجاورت با این توده ها بالا باشد باعث به حرکت در آمدن آن ها با سرعت نزدیک به سرعت بخار خواهد شد. برخورد این توده ها آب با زانوئی ها و تجهیزات اندازه گیری داخل سیستم می تواند منجر به تاثیرات مخرب و صدمات جبران ناپذیر گردد.

برخی از راهکارهای جلوگیری از ضربه قوچ یا چکش آبی عبارتند از:

• انتخاب شیرها، ولو ها کنترلی و لوله های با قطر مناسب
• تنظیم سرعت باز و بسته شدن ولو ها
• عدم روشن کردن و یا خاموش کردن ناگهانی یک یا چند پمپ به صورت همزمان
• استفاده از سیستم ها دور متغیر مانند بوستر پمپ های دور متغیر مبتی بر درایو (اینورتر)

کاویتاسیون (Cavitation) چیست؟

کاویتاسیون یکی دیگر پدیده مخرب هیدرودینامیکی می باشد که ناشی از کاهش فشار و تبخیر موضعی مایع است. این پدیده با نام های حفره زایی، حفره سازی، حباب سازی و غیره نیز شناخته می شود و اکثرا در سیستم های هیدرولیک،خطوط انتقال آب و نفت، پروانه کشتی‌ها، پمپ‌های سانتریفیوژ و سرریز سدها رخ می‌دهد.

افزایش فشار باعث افزایش نقطه جوش و کاهش فشار باعث کاهش نقطه جوش می‏شود، بنابراین در جاهایی که مایع به صورت متلاطم جریان دارد فشار آن در نقاط مختلف متفاوت است. این اختلاف فشار باعث می شود که در نقاطی که فشار پایین است، مایع (به طور مثال آب که نقطه جوش آن در سطح دریا 100 درجه سانتی گراد است) در دماهای به مراتب پایین تر به جوش آید و تبخیر موضعی در مایع صورت گیرد، در اثر این تبخیر موضعی حباب های گازی داخل مایع شکل می گیرند،که این حباب ها پس از انتقال به نقاط پر فشار تر منفجر می شوند و باعث به وجودآمدن یک شوک و موج ضربه ای مخرب با سرعت، فشار و دمای بسیار زیادی می شوند.

این پدیده منجر به فرسایش و خوردگی تجهیزات در سیستم های هیدرولیک و پروانه پمپ ها و کشتی ها و همچنین منجر به انحراف دائمی دیافراگم، خارج شدن از کالیبره و حتی از هم گسیختن و ترکیدن تجهیزات اندازه گیری فشار (سنسور فشار، گیج فشار و غیره) می شود.

نکته: مکیده شدن هوا به همراه سیال داخل سیستم یا پمپ (به دلیل عدم آب بندی مناسب یا  سایر مشکلات) نیز می تواند منجر به شکل گیری کاویتاسیون شود.

تفاوت تبخیر با کاویتاسیون چیست؟

تبخیر: تبدیل مایع به گاز در فشار ثابت به دلیل افزایش دمای مایع

کاویتاسیون: تبدیل مایع به گاز در دمای ثابت به دلیل کاهش فشار مایع

برخی از راهکارهای جلوگیری از کاویتاسیون عبارتند از:

• آب بندی و درزبندی تمامی اتصالات (جلوگیری از ورود هوا)
• افزایش قطر لوله و اتصالات
• ثابت نگه داشتن سرعت سیال
• طراحی دقیق سیستم لوله کشی و اتصالات
• کاهش دمای سیال

جهت آشنایی با لوازم جانبی که قادر به جلوگیری از تاثیرات مخرب ضربه قوچ و کاویتاسیون بر روی تجهیزات اندازه گیری فشار می باشند می توانید مقاله اسنابر (Snubber) و محافظ اورپرشر (Overpressure protector) را مطالعه نمایید.

سخن پایانی

مجموعه رکسنس  ارائه دهنده ی انواع سنسور فشار، ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر فشار ویکا، سنسور فشار مذاب، سنسور فشار اکسترودر، برای دریافت قیمت سنسور فشار و قیمت ترانسمیتر فشار می توانید با مشاورین مجموعه برای داشتن انتخابی بهتر در ارتباط باشید.