تخمین بزرگی نوسانات فشاری در لوله های پلی اتیلن

در صورت عدم انجام آنالیز رسمی نوسانات فشاری، می توان از ارزیابی نوسانات فشاری ناشی از تغییرات ناگهانی در سرعت آب در حال جریان در داخل یک لوله پلی اتیلن، برای دستیابی به تخمینی از بزرگی نوسانات فشاری استفاده کرد.

همچنان با شرکت توسن صنعت آپادانا تولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله های پلی اتیلن، لوله آبیاری، نوار آبیاری و لوله دریپردار همراه باشید.

بروز تغییر سریع در سرعت مایع در حال جریان در یک لوله، باعث ایجاد موج فشاری می شود. سرعت این موج را می توان از معادله -۵ ۶ استفاده کرد.

که در آن:

a  =   سرعت موج (چابکی)

KBULK  =   مدول توده ای سیال در دمای کاری) معمولا برای آب در دمای ۷۳ᵒF برابر با ۳۰۰،۰۰۰ psi است(

Ed  =   مدول مؤثر لحظه ای دینامیکی مواد اولیه لوله (معمولا برای لوله های پلی اتیلن در دمای (۲۳˚C) 73˚F برابر با ۱۵۰،۰۰۰ psi است؛ ضمیمه فصل ۳ را ببینید)

DR  = نسبت ابعادی لوله فشار نوسان گذرای حاصله، Ps ، را می توان از روی سرعت موج، a، و تغییر ناگهانی سرعت سیال، DVمحاسبه کرد.

که در آن:

Ps  =   فشار نوسان گذرا،  psig

a  =   سرعت موج (چابکی(،  ft/sec

DV  =   تغییر ناگهانی سرعت،  ft/sec

g  =   ثابت شتاب گرانشی،  ۳۲/۲ft/sec2

شکل ۶- ۱ نشاندهنده منحنی های نوسانات فشاری برای همه لوله های پلی اتیلن است که با استفاده از معادلات ۵- ۱ و ۶- ۱ و با در نظر گرفتن نسبت های ابعادی استاندارد ( SDR ها) محاسبه شده اند.

مقادیرنوسانات فشاری ارائه شده در شکل ۶- ۱ بر اساس تغییرات ناگهانی سرعت که بیشتر در مواقع خاموش شدن ناگهانی یک پمپ یا بستن ناگهانی یک شیر، بوجود می آیند، محاسبه شده اند. خاموش شدن پمپ یا بستن شیر بصورت ناگهانی در بازه ای کوتاه تر از »زمان بحرانی « (زمانی که طول می کشد تا موجی که در آغاز بستن شیر بوجود آمده است، دوباره به شیر بازگردد) انجام می شوند. در حالت کار عادی که بستن شیر یا خاموش شدن پمپ آهسته تر از »زمان بحرانی « انجام می شوند، مقدار نوسانات فشار واقعی از آنچه در شکل ۶- ۱ نشان داده شده است، کمتر است. »زمان بحرانی « بوسیله رابطه زیر بدست می آید:

که در آن:

TCR  =   زمان بحرانی، ثانیه

L  =   طولی از خط لوله که موج فشار قبل از منعکس شدن توسط یک شرط مرزی می پیماید، فوت

a  =   سرعت موج فشاری (چابکی) لوله خاص مورد نظر، ft/s (معادله ۶- ۵ را ببینید)

معمولا ظرفیت لوله های پلی اتیلن برای مقابله ایمن با نوسانات فشاری مکرر و اتفاقی به حدی است که به ندرت ضرورتی برای کاهش درجه فشار استاتیک لوله ایجاد شود. جداول ۶- ۳- الف و ۶- ۳- ب حداکثر تغییرات ناگهانی مجاز در سرعت جریان آب را که یک لوله پلی اتیلن می تواند بدون نیاز به کاهش درجه فشار ( PR ) یا کلاس فشار ( PC ) و بطور ایمن با آن مقابله کند، نشان می دهند. در صورتیکه انتظار تغییرات ناگهانی سرعت بزرگ تر از آنچه در این جداول آمده اند را داشته باشیم، باید درجه فشار استاتیک لوله را متناسب با آن کاهش دهیم. همانطور که قبلا گفته شد، به درجه جدید، درجه فشار کاری ( WPR ) گفته می شود. دستورالعمل تعیین WPR پیش تر در مطلب قبلی توضیح داده شد.

مقادیر نوسانات فشاری مجاز که در جداول ۶- ۳- الف و ۶- ۳- ب آمده است، حداکثر نوسان فشاری قابل تحمل لوله نیست. در صورتیکه درجه فشاری کاری ( WPR ) لوله به مقادیری کمتر از درجه فشار ( PR ) آن تقلیل یابد، لوله می تواند نوسانات فشاری بالاتری را تحمل نماید. این به آن دلیل است که جمع فشار ناشی از پمپ و فشار ناشی از ضربه، در نوسانات مکرر به ۵/ ۱ برابر PR (یا PC ) و در نوسانات اتفاقی به ۲ برابر PR (یا PC ) محدود می شود. اگر فشار ایجاد شده توسط پمپ کمتر از PR (یا (PC) باشد، بروز نوسانات فشاری بیش از آنچه در جداول الف و ب مجاز دانسته شده است، خالی از اشکال است. حداکثر نوسانات فشاری مجاز در نوسانات مکرر برابر با ۱/۵ × PR – WP و در نوسانات اتفاقی برابر با ۲/۰ × PR – WP است، که در آن WP برابر فشار ایجاد شده توسط پمپ یا فشار کاری خط لوله است. بعنوان مثال، لوله ای با مشخصات DR21 PE4710 و با فشار کاری ۸۰ psi قادر به تحمل نوسانات فشاری مکرر به بزرگی ۱/۵ × ۱۰۰ psi – 80 psi = 70 psi می باشد. توجه کنید که WP در همه موارد می بایست مساوی یا کمتر از PR باشد.

کنترل واکنش های نوسانات فشاری

اصلی ترین ابزار برای به حداقل رساندن نوسانات فشاری، کاهش آهنگ تغییرات سرعت جریان است. اگرچه لوله های پلی اتیلن در برابر چنین پدیده ای بسیار مقاوم اند، اما ممکن است برخی قطعات غیر پلی اتیلنی موجود در خط لوله چنین مقاومتی را در برابر نوسانات فشاری نداشته باشند؛ بنابراین ره یافت محتاطانه آن است که بزرگی نوسانات فشاری را با لحاظ کردن پیش بینی های منطقی و لازم جهت کاهش شوك، به حداقل برسانیم. شیرهای آتش نشانی، شیرهای بزرگ، پمپ ها و همه دستگاه های هیدرولیکی که می توانند بطور ناگهانی سرعت ستون آب را تغییر دهند، باید به آهستگی مورد استفاده قرار بگیرند، بخصوص در هنگام بستن خط لوله که تأثیر بیشتری بر آهنگ جریان دارد. اگر علت اصلی نوسانات فشاری مربوط به عملکرد یک پمپ باشد – مخصوصا در مورد توقف اضطراری پمپ – باید مکانیزم های فشار شکن مناسب، تدارك دیده شود. این مکانیزم ها می توانند شامل راه حل های سنتی مثل استفاده از چرخ های هرزگرد ۱ یا اجازه دادن به پمپ جهت گردش معکوس باشند.

در مناطق تپه ای، جریان مایع ممکن است در نقاط بالایی تپه دچار جدایش شده و موجب شکل گیری نوسانات فشاری در اثر اتصال دوباره ناگهانی دو بخش جدا شده جریان شود. در چنین مواردی باید اندازه گیری ها بصورتی انجام شوند که خط لوله همیشه پر از سیال در حال جریان باقی بماند. به این منظور می توان آهنگ جریان را کاهش داد، در نقاط بالایی تپه از خلأشکن ها ۲ استفاده کرد و یا از شیرهای تخلیه هوا استفاده نمود.

همچنین باید نسبت به بررسی مشکلات احتمالی ناشی از نوسانات فشاری در مرحله طراحی ایستگاه های تقویت فشار، شاه لوله ها و خطوط انتقال طولانی اقدام شود. باید از ابزارهای تأیید شده و مناسب برای کاهش آثار ناشی از نوسانات فشاری به حداقل ممکن استفاده کرد، طوری که راهکارهای در نظر گرفته شده، عملی و مقرون به صرفه اقتصادی باشند. اگرچه لوله های پلی اتیلن مقاومت زیادی در برابر آثار ناشی از افزایش ناگهانی فشار دارند، باید از ابزارهای سنتی برای به حداقل رساندن احتمال وقوع چنین افزایش هایی استفاده نمود.