ضربه قوچ

ضربه قوچ و روشهای جلوگیری از آن

خودروئی را در نظر بگیرید که با سرعت بالا به یک دیوار بتنی برخورد میکند. در لحظه برخورد، تمام انرژی جنبشی موجود، در یک لحظه باید جذب شده و به حالت سکون درآید. این تغییر ماهیت و تغییر انرژی باعث بروز خسارات شدید به ماشین و همچنین دیوار بتنی خواهد شد.

حال تصور نمایید که ستون سیال هیدرولیک با سرعت زیاد در حال حرکت در سیستم هیدرولیک است و برای مثال شیر کنترل مسیر به یکباره بسته میشود. در اینجا سرعت سیال به ناگهان صفر میشود و سیال باید مطابق سطح مقطع لوله یا شیر تغییر شکل دهد.

بر خلاف ماشین که در لحظه برخورد به دیوار بتنی تغییر شکل میدهد، سیال هیدرولیک تقریبن غیر قابل تراکم است و بنابراین تغییر شکل زیادی نخواهد داشت.

از این رو، تمام انرژی جنبشی در سیال هیدرولیک ذخیره میشود که این امر باعث افزایش ناگهانی فشار در سیال خواهد شد.  (شکل 1)

عامل دیگری که باعث بروز موج فشار میشود، تغییر جهت ناگهانی سیال هیدرولیک است که بیشتر زمانی رخ میدهد که پمپ هیدرولیک در حین کار به صورت ناگهانی خاموش شود. در این زمان سیال تحت فشار به صورت لحظه ای تغییر مسیر داده و به سمت پمپ باز میگردد.

مقدار افزایش ناگهانی فشار، که به صورت موج فشاری در برخی موارد به 10 برابر فشار سیستم میرسد، از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است:

Pr = P + U * ρ * C

پارامترهای بکار رفته در این معادله عبارتند از:

Pr : مقدار افزایش فشار

P : فشار اولیه سیستم

U : سرعت اولیه سیال

ρ :  چگالی سیال هیدرولیک

C : سرعت صوت در سیال هیدرولیک

با دقت در معادله فوق مشخص میشود تنها پارامتری که از طریق آن میتوان میزان افزایش فشار را کاهش داد، سرعت سیال است.

در یک سیستم هیدرولیک، و با مشخص بودن میزان دبی، میتوان سرعت سیال را از طریق افزایش قطر لوله ها کاهش داد تا بدین ترتیب میزان موج فشار کاهش یابد.

همینطور در بسیاری از مواقع، از آکومولاتور برای کاهش میزان موج فشار استفاده میشود.

افزایش ناگهانی فشار، در شرایط خاص، صدای انفجار مانندی، نظیر وقتی که به یک لوله فلزی با چکش ضربه وارد میشود، را تولید میکند.

تاثیرات مخرب ضربه قوچی که با عناوینی نظیر Water Hammer یا Hydraulic Shock و Hydraulic Surge نیز شناخته میشود عبارتند از :

• خرابی و ترگیدگی لوله و اتصالات
• خرابی پمپ ، شیر آلات هیدرولیک
• خرابی تجهیزات اندازه گیری نظیر گیج ها و سنسورهای فشار، دبی سنج و …
• خرابی دیواره داخلی لوله ها
• نشتی اتصالات و …

نمونه ای از ترکیدگی شلنگ هیدرولیک در شکل 2 ،  قابل مشاهده است.

حال میخواهیم توسط نرم افزار Fluid Sim H شرکت Festo،  مداری را شبیه سازی کنیم که در آن یک عدد جک هیدرولیک دوطرفه توسط یک عدد شیر برقی 3/4 با موضع وسط Tandem کنترل میشود. میزان جابجایی پمپ هیدرولیک به کار رفته 7 سانتی متر مکعب در هر دور است که توسط الکتروموتور 1450 دور به حرکت در می‌آید. بنابر این دبی پمپ در حدود 10 لیتر بر دقیقه خواهد بود. لازم به ذکر است که بیشینه فشار پمپ نیز 160 بار بوده و فشار شکن نیز بر روی 160 بار تنظیم شده است.

در مدار فرمان شیر برقی، از یک کلید استارت برای صدور فرمان حرکت جک استفاده شده است. پس از Extend  شدن جک و در انتهای مسیر به لیمیت سوئیچ LS2 میرسد. در این زمان یک سیگنال توسط LS2 به شیر ارسال میشود و شیر تغییر وضعیت میدهد.

با تغییر وضعیت ناگهانی شیر، ضربه قوچ در سیستم بوجود می‌آید که میتوان آن را در گیج‌های فشار A و B که در پورتهای جک هیدرولیک نصب شده‌اند مشاهده نمود.

حال جک به حالت Retract آمده و حرکت خود را تا رسیدن به LS1 ادامه میدهد. در این نقطه و توسط این لیمیت سوئیچ، مجدد فرمان تغییر وضعیت برای شیر ارسال شده و شیر تغییر وضعیت میدهد تا جک مجدد Extend شود. در این نقطه نیز مشاهده میشود که ضربه قوچ رخ میدهد.

این سیستم تا زمان فشردن کلید استاپ به حرکت ادامه خواهد داد و پس از Retract شدن کامل جک، حرکت متوقف خواهد شد.

در فیلم بعدی نحوه عملکرد سیستم و نیز تغییرات فشار در لحظه سویچینگ شیر برقی نمایش داده شده است.

ادامه مطلب ضربه قوچ و روش کاهش میزان آن را در مطلب ضربه قوچ 2 مطالعه فرمایید.

امید است مطلب ضربه قوچ و روشهای جلوگیری از آن برای شما کاربر گرامی مفید واقع شده باشد

. در صورت تمایل به مطالعه مطالب آموزشی مشابه ضربه قوچ و روشهای جلوگیری از آن ، به بخش مطالب آموزشی وب سایت یا کانال اینستاگرام شرکت به آدرس Instagram.com/AltonSegal مراجعه فرمایید