کنترل صدا در سیستم های لوله کشی(قسمت دوم)

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 49

از: Lyle F.Yerges 

ماخذ: HPAC

کنترل صدا در سیستم لوله کشی

می دانیم که همواره مقداری صدا در سیستم های لوله کشی تولید خواهد شد و از آنجا که لوله ها به ساپورتهایی متکی بوده و از درون ساختمان عبور میکنند و یا به پمپ هایی متصلند مشکلات بالقوه همیشه وجود خواهند داشت. صوت یا مستقیماً از طریق دیواره لوله ها و یا سطوحی از ساختمان که با لوله ها در تماس اند منتشر می شود محدود ساختن اصوات ناخواسته به حداقل رساندن انتقال صوت به سازه و جذب یا انتقال انرژی های آکوستیکی و ارتعاشی از وظایف طراحان می باشد.

• محدودسازی صدا:

لوله های ضخیم بهتر از لوله های با دیواره نازک اصوات ناشی از توربولانس و اغتشاش جریان را در خود جذب و محدود می سازند. استفاده گسترده از لوله های پلاستیکی در ساختمان های مسکونی و منازل مشکلات عدیده ای را از لحاظ شدت انتشار اصوات ایجاد نموده است. البته اصلاح این وضعیت امکان پذیر است ولی چنین اقداماتی نیاز به کار و هزینه اضافی دارند. لوله هایی که در شفت های ساخته شده از دیوار های ضخیم و یا سایر فضاهای مشابه قرار دارند معمولا صدایی به مناطق مسکونی ساختمان منتقل نمی کنند اما لوله هایی که در مجاورت پارتیشن ها نصب می شوند چنین نیستند. به عنوان مثال لوله های منتهی به کفشوی بام که از درون دیوار ها و یا پارتیشن های سالن های تئاتر اماکن مذهبی و تالار های اجرای موسیقی عبور میکنند مشکلات عدیده ای به بار خواهند آورد.

پوشاندن یا عایقکاری لوله ها با مواد قابل انعطاف مانند پشم شیشه یا عایق های فومی و منطف یورتان در تخفیف اصوات با فرکانس بالاتر از HZ250 موثر می باشند. با این روش کاهش هایی بین 10 تا 15dB در پروژه های مختلف اندازه گیری شده است. کاهش های بیشتر از این با پوشاندن کل مجموعه با وینیل سرب دار و یا صفحات سربی امکان پذیر است.
استفاده از مواد جاذب و میراکننده صوت به صورت ورق و یا حتی سیال چگال بروی لوله ها غالباً در رفع اصوات منتشره در ساختمان های مسکونی مفید واقع میشود ولی استفاده از این مواد برای لوله های بزرگ و ضخیم بی فایده خواهد بود. اگر از این مواد استفاده می کنید حتماً ضخامتی بین یک شانزدهم الی یک هشتم اینچ از آنها بروی لوله ها قرار دهید، البته
نیازی به پوشاندن صد در صد سطح لوله نیست.

اگر لوله ای باید درون پارتیشن ها یا دیوارهای کاذب قرار داده شود بهتر است که کل فضای خالی بین دو دیوار کاذب (بین توفالها و پروفیل های پشتیبان آنها ) را با عایق های نرم پر نمود تا اطراف لوله ها به طور کامل پوشانده شده و تماس صلبی با سازه نداشته باشند. انجام این کار در کاستن از اصوات با فرکانس Hz۵۰۰ و یا بالاتر بسیار سودمند است. به طور کلی می توان گفت که پر کردن کامل فضاهای خالی در دیوارهای حاوی لوله و یا حداقل پوشاندن دو طرف لوله ها با عایق با مواد مشابه در کاستن از انتشار اصوات مفید واقع میگردد.

• به حداقل رساندن پالس های منتشره:

جریان در لوله ها معمولا حالت پالسی دارد به خصوص هنگامی که مستقیما به پمپ متصل شده باشند. این نوع جریان را می توان با جریان متناوب در سیستم های الکتریکی(درتقابل با جریان مستقیم )همانند دانست. اگر بتوان جریان را نرم ساخت و پالس ها را کاهش داد میزان اصوات منتشره کاهش خواهند یافت. انجام این کار خوشبختانه کاملاً عملی و اقتصادی است.

اویز انعطاف پذیر و ارتجاعی

بر طبق اصول روشن طراحی دو سمت مکش و تخلیه پمپها باید توسط اتصالات قابل انعطاف با طراحی مناسب به لوله ها وصل شوند. یک اتصال الاستیک و انعطاف پذیر به گونه ای طراحی می شود که در هنگام ورود هر گونه ای طراحی می شود که در هنگام ورود هر پالس جریان مقداری باز شده و حالت بالنی به خود می گیرد تا جریان را نرم ساخته و توزیع فشار در آن را یکنواخت تر سازد. باید به یاد داشت که اتصالات مفید مانند انواع فلزی با تافته (Braided) چنین انبساطی نداشته و عملاً قادر به تخفیف پالسهای جریانی نیستند (البته این اتصالات برای تصحیح ناهم ترازی ها مفید هستند.) در شکل بالا نمونه ای از یک اتصال انعطاف پذیر ارتجاعی نشان داده شده است. اتصالات امروزی با طراحی مناسب و قابل قبول خود میتوانند تقریباً هر نوع فشارعادی و دماهای بالا را تحمل نموده و حتی بعضی از آنها دارای میله ها یا کابل های بسیار جالب و مبدعانه ای هستند تا بدون حذف ارتباط ایزوله ساز ارتعاشی با اتصالات صلب حرکت ها و جابجایی های سیستم را کنترل نمایند (این مدل ها برای پرهیز از برقراری تماس فلز – فلز از بالشتک های منعطف واشرها و با حلقه هایی بهره می برند.) این اتصالات برخلاف نظر برخی از طراحان خطر نشستی و یا خرابی سیستم را افزایش نمی دهند و عملاً با کاستن از تنش ها و ضربات اضافی چنین ریسک هایی را کاهش داده و پمپ را از سیستم لوله کشی ایزوله میسازند. این اتصالات صدا را به حداقل کاهش داده و مانع انتقال ارتعاشات می شوند. سیستم های دارای محفظه های هوا (Air Chamber) نیز در صورتی که از طراحی مناسب برخوردار بوده و یا برای تضمین خشک ماندن به طور مرتب تخلیه شوند ابزارهای مفیدی برای جذب پالس های جریانی به شمار می آیند. این سیستم پالس ها را جذب کرده و انرژی آنها را در زمان هایی خارج از فاز وقوع پالس به لوله باز میگرداند لذا قادر است انباشتگی فشار را به طرز مؤثری خنثی نماید. نصب این سیستم ها بر طبق مقررات ساختمان سازی و لوله کشی آمریکا در ساختمان های مسکونی اجباری بوده و باید طولی حداقل معادل ۱۸ اینچ داشته باشند. این سیستم ها در صورتی که با طول کوتاه نصب شوند چندان مفید نبوده و معمولاً به سرعت از آب پر می شوند. صدای ناشی از جریان پالسی در لوله ها که حتی در فواصل دور مانند یکصد فوت از پمپ نیز آزاردهنده هستند با اجرای
شیوه های کنترلی خاصی قابل حذف می باشند.

• جلوگیری از انتشار ارتعاشات:

انرژی ارتعاشی را که قابل حذف یا جذب نیست می توان با شیوه خاصی از سازه و ساختار بنا ایزوله نمود. در خصوص منبع تولید ارتعاش یعنی پمپ، چند روش شناخته شده برای ایزوله ساختن ارتعاش وجود دارد. در شکل ۲ مثالی از روش شناور ساختن پمپ بروی یک ساپورت انعطاف پذیر ارتعاشی نشان داده شده است. در این روش پمپ به طور صلب به یک بلوک اینرسی سنگین و محکم متصل می گردد. این بلوک وظیفه پایدار سازی مجموعه ساپورت صلب زانویی های مکش و تخلیه و عمل نمودن به عنوان براکت یا نبشی هایی که ساپورت های فنری روی آنها قرار میگیرند را بر عهده دارد.

از وجود فاصله مناسب در زیر بلوک اینرسی اطمینان حاصل کنید؛ این فاصله نباید چندان
زیاد باشد که ذرات ریز موادی چون بتن زباله های ساختمانی پیچ و مهره ها مغزی های
لوله کشی و غیره در آنجا جمع شده و با ایجاد اتصالی صلب بین بلوک و سازه عملاً سیستم
را غیر مفید سازند. فنرهای مورد استفاده در این روش پایدار بوده و از کویل های فولادی فرم دار ساخته میشوند. این فنرها بین صفحات فولادی و صفحات انعطاف پذیر الاستومریک قرار داده میشوند. توجه کنید که فترها باید ظرفیت کافی برای تحمل پمپ در زانویی آب موجود در لوله ها( تا اولین آویز لوله ) و وزن بلوک اینرسی را داشته باشند.

خمش و تغییر شکل استاتیک فنرها نباید کمتر از یک اینچ باشد و حتی بر حسب مورد از این
مقدار فراتر میرود اتصالات انعطاف پذیر الاستومری دو قوسی پمپ را از لوله ها جدا ساخته و در ضمن بخشی از ارتعاشات پالسی پمپاژ را نیز جذب کنند. کل این مجموعه حالتی آزاد و شناور داشته و انرژی ناچیزی به سازه انتقال میدهد راندمان ایزولاسیون بیش از ۹۵درصد توسط این سیستم ها قابل دستیابی است. ساپورتهای فنری انرژی ارتعاشی را جذب و ذخیره میکنند و سپس آن را در زمانی غیر هم فاز با تولید انرژی به سیستم باز می گردانند. این (عدم تطابق امپدانسی) کلید دست یافتن به ایزولاسیون ارتعاشی در سیستم های مکانیکی است. آب با امپدانس تقریباً 2000psi per sec  خود می تواند انرژی را با نرخی کاملاً متفاوت از 50 تا psi per sec 100 فنرها و صفحات انعطاف پذیر سیستم ایزولاسیون جذب و منتقل نماید. امپدانس فولاد ( 58500psi per sec) و بتن ( 14000psi per sec ) نیز بر مبنایی
مشابه با سایر اجزای سیستم همخوانی ندارد و همین نکته مبانی کلیه روال های ارتعاشی بوده و عمل مطابقت دادن و کوپله کردن انرژی ناخواسته با سازه تحت حفاظت را دشوار می سازد.

هر بخشی از انرژی که از اتصالات انعطاف پذیر عبور کند به لوله ها منتقل گردیده و آب درون لوله ها نقش مهمی در این انتقال ایفا مینماید هر آویز صلب لوله و یا اتصالات در ساختمان قادرند صدا و ارتعاش را به بدنه بنا منتقل کنند بنابراین نیازی به توضیح نیست که باید لوله ها را تا فاصله مشخصی از پمپ با آویزهای انعطاف پذیر پشتیبانی نمود (حداقل سه یا چهار آویز اول)

آویزهای دارای طراحی مناسب معمولاً فنرهای فولادی خاصی بطور سری شده با صفحات انعطاف پذیر دارند که درون پوششی واحد قرار گرفته و کلیه فرکانس های بحرانی را ایزوله میکنند.

در تجربه ثابت شده که مقدار ارتعاش پس از آویز چهارم به آن حد کاهش یافته است که دیگر
نیازی به استفاده از آویزهای انعطاف پذیر نیست در سیستمهای مسکونی که لوله های با قطر کوچک دارند معمولاً می توان لوله ها را توسط اتصالات ارتجاعی ایزوله نمود.

سیستم اتصال ارتجاعی برای لوله کشی های کوچک

تا حد امکان از نصب اتصالات صلب میان ساختمان و لوله کشیها – مانند پروفیل و توفال (Stud) بند و یا اتصالات کم وزن و لنگرهای بالشتکی (Cushioned Anchors) متنوعی در بازار وجود دارند که می توانند لوله کشی ها را ضمن تأمین محکم بودن و مهار کامل در محل استقرار، از بنا جدا و ایزوله کنند. مواد نمدی انعطاف پذیر، الاستومر و حتی پشم شیشه در بین نوارهای فولادی و یا بین پوشش ها و لوله آنها را از ساپورت خود جدا و ایزوله می سازند. نکته بسیار مهم دراین میان پرهیز از تماس اتصالات لوله کشی با توفالها و یا صفحات گچی (Gypsum Boards) مورد استفاده در سیستم های درای وال (Drywall) و پارتیشن بندی خشک ساختمان های مسکونی مدرن میباشد. حتی یک تماس و اتصال کوچک صلب در چنین مواردی به انتقال صدا و ارتعاشات مزاحم می انجامد.

گاه در پروژه هایی باید کل رایزر یک شبکه لوله کشی قطور را با استفاده از ساپورت های انعطاف پذیر (صفحات، فنر و یا هردو) ایزوله ساخت تا از تخریب آرام آرام محل عبور رایزر از کف طبقات جلوگیری شود. پیشرفت های جدیدی که در کوپلینگ لوله ها و اتصالات صورت گرفته است ما را قادر می سازد تا میزان صدا و ارتعاش منتشره و انتقال یابنده در لوله ها – به خصوص اندازه های دو تا هشت اینچ – را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم. کوپلینگ های انعطاف پذیر الاستومری با نوارهای فلزی که طول های لوله ها را به هم متصل می سازند می توانند انتقال صدا را تا حد زیادی کاهش دهند. هر سیستم اتصال که از تماس فلز – فلز و یا تماس های صلب بهره می برد قادر به ارائه کیفیت ایزوله ساختن نیست کلیشه قدیمی پیچ ها را سفت کردن که در باورهای مهندسی ریشه پراکنده است در مورد سیستم های لوله کشی چندان ایده جالبی نیست. شاید بهتر باشد در رشته لوله کشی تأسیساتی شعار شناور ساختن را جایگزین آن سازند!

• شیرها و تجهیزات خفقان:

(Throttling):

شیرها و تجهیزات خفقان معمولاً برای کنترل جریان فشار در خطوط لوله مورد استفاده قرار میگیرند ولی توجه داشته باشید که استفاده اشتباه از آنها خود موجب تولید صدا و ارتعاشات فزاینده در سیستم ها خواهد شد. شیرهای واکنش سریع (Quick Acting) مانند آنهایی که در ظرفشویی ها و یا سیفون ها نصب می شوند اغلب با ایجاد موانع ناگهانی بر سر راه عبور ستون های آب موجب بروز ضربات قوچ در سیستم میشوند. در این حالت امکان وارد آمدن خسارات جدی وجود داشته و در این میان غالباً واشرها، ساپورت ها و مواد پوشش دهنده لوله کشی آسیب بیشتری می بینند. اگر محفظه های هوا و یا سایر دمپرهای جریان های پالسی به تعداد کافی در سیستم پیش بینی شده باشند، بخشی از انرژی ضربات قوچ جذب شده و خسارات کاهش داده می شوند. در هر حال سعی نمایید از تجهیزاتی که جریان سیال را به یک باره متوقف میکنند در سیستم استفاده نکنید.
شیرها برای مصارفی چون اندازه گیری و سنجش جریان و کنترل فشار نیز به کار برده می شوند. بر طبق تئوری صدا به طور نمایی با میزان محدودیت ایجاد شده برای جریان و فشار نسبت دارد. تجربیات نشان می دهندی صدا تقریباً با توان چهارم محدودیت جریان و توان دوم افزایش فشار ارتباط مستقیم دارد. استفاده از شیرها در طراحی باید کاملاً آگاهانه و منطقی صورت گیرد. هرگز شیرها را به عنوان سخاوت مندانه انجام شده است، به کار نبرید.

اگر جریان در سیستمی به اندازه ۲۰ الی ۲۵ درصد مقدار حداکثر خود محدود شود، مشکلات صوتی نمود عینی تری می یابند. توربولانس و اغتشاشات شدیدی که بر اثر چنین محدود سازی هایی ایجاد می شود منجر به تولید انرژی های آکوستیکی و ارتعاشی قابل توجهی خواهند شد. در اینجا به قابل توجهی خواهند شد. در اینجا به بهینه است نه طراحی با اندازه هایی بزرگ تر از حد نیاز و بعد تصحیح آنها در عمل.

• خلاصه:

در جهانی که هر روز بیش از پیش به صرفه جویی و کاستن از مصرف انرژی توجه می شود مهندسان باید از اثرات طراحی های نامناسب و تولید انرژی ناخواسته و در واقع هدر رفتن منابع انرژی آگاه باشند. اتلاف انرژی به صورت تولید صدا و ارتعاش به اندازه اتلاف انرژی حرارتی در سیستم های گرمایش بدون کیفیت و یا ساختمان هایی با عایق کاری نامناسب غیرقابل قبول بوده و تبعات آن در لحظه مشخص می شود نه مانند اتلاف انرژی حرارتی که تنها بعد از دریافت قبوض برق یا گاز متوجه آن می شویم.

پیش بینی کردن مشکلات صدا و ارتعاش، طراحی با هدف حذف آنها و مراقبت از سیستم در برابر انرژی های ناخواسته صوتی و ارتعاشی، پایه‌های اساسی برنامه‌ریزی و طراحی اصولی را تشکیل می‌دهد. این مفاهیم، هسته اصلی آموزش تاسیسات مدرن را شکل می‌دهند و به مهندسان کمک می‌کنند تا از اشتباهات رایج جلوگیری کرده و سیستم‌هایی بهینه طراحی کنند. مهندسان و طراحان اطلاعات و ابزار های لازم برای جلوگیری از اشتباهات و نیز تصحیح آنها را در اختیار دارند.

اگر شما هم مشتاق آموزش تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره آموزشی طراحی موتورخانه و انتخاب تجهیزات ثبت نام کنید.