کنترل صدا در سیستم های لوله کشی

منبع: مجله صنعت تاسیسات شماره 49

از: Lyle F.Yerges 

ماخذ: HPAC

مقدمه

آب ماده ای غیر الاستیک است. جمله به مانند تعدادی دیگر از مفاهیم اولیه و بدون شرح فنی اشتباه است! چون آب تا حد قابل ملاحظه ای الاستیک بوده و با دارا بودن جرم متناهی امپدانس بالایی دارد. آب در حال حرکت مشکلات زیادی را در سیستم لوله کشی به صورت ضربه قوچ و یا ترک خوردگی و نشتی لوله ها و اتصالات ایجاد میکند. هر سیال با درجات مختلف دارای همین خصوصیات و مشکلات است. اما در این مقاله تنها به بررسی آب خواهیم پرداخت چون اصول مشابهی بر رفتار اکثر سیالاتی که در ساختمان های عادی و طراحی موتورخانه ها مورد استفاده قرار میگیرند حاکم است.
دانش دینامیک استاتیک و جریان سیالات به اندازه کافی در کتب مختلف مطرح شده است و شاید نیاز به تکرار مفاهیم آنها نباشد ولی تجربه نشان می دهد که مهندسان هنگامی که پا در وادی طراحی تأسیسات و لوله کشی می گذارند این اصول را فراموش زیادی به پمپ ها و سیستم لوله کشی یک برج خنک کن بزرگ وارد آمد. دو پمپ دویست اسب بخاری آب را از طریق لوله های دوازده اینچی به مسافت حدود دو هزار فوت بین چیلرها و برجها به حرکت در می آوردند. اما وجود یک شیر با عملکرد بسته شدن سریع (Quick Closing) موجب شده بود تا پالس های قدرتمندی در لوله ها ایجاد شده و پمپها عملاً چندین اینچ روی ساپورتهای فنری ارتجاعی بلند شده و شفت آنها تا حد غیر قابل تعمیری خم شود. در همین سیستم برخی اتصالات باز شدند و آب از بسیاری نقاط نشت نمود.
در پروژه ای دیگر یک لوله پانزده اینچی که در موتورخانه ای واقع در طبقه بالای فروشگاهی زنجیره ای قرار داشت چنان بر اثر ارتعاش ناشی از کارکرد پمپ ها به لرزه در آمد که یک زانویی کاملاً از بین رفت و هزاران لیترآب به سمت طبقات زیرین جاری شد.
خسارات و شکایات در این مورد بسیار زیاد بودند. این وقایع که بسیار بدتر از صداهای عادی سیستم های لوله کشی و مشکلات ارتعاشی آنها هستند، نشان دهنده عمق مشکلاتی می باشند که در واقعیت روی می دهند.

• خصوصیات آب

جرم، جرم ویژه و چگالی مخصوص آب (سیال استاندارد و معیار) برای همگان روشن هستند و نیازی به تکرار آنها نیست. اما دو ویژگی آب که شاید کمتر به آن توجه می شود مدول الاستیسیته (معادل ۲۹۴۰۰۰) و امپدانس (per sec ۲۰۰۰ psi) است. از آنجا که حرکت آب پدیده ای دینامیکی است توصیه می شود که این ارقام را به خاطر سپرده و در طراحی از آنها استفاده نمایید. آب برخلاف تئوری های رایج تاحدی قابل تراکم بوده و انرژی را به خود پذیرفته و یا با نرخی قنابل پیش بینی و محدود منتقل می کند. به شتاب در آوردن آب و متوقف ساختن جریان آن نیاز به نیرو دارد. آب در حال حرکت دارای ممنتوم و اینرسی است. تمامی این مشخصات باید در فاز طراحی مورد توجه قرار گیرند.
با فرض این که مهندسان و طراحان اطلاعات کافی در این زمینه دارند به مبحث کنترل صدا و ارتعاشات در سیستم های لوله کشی می پردازیم به ندرت می توان جریانی آرام و لایه ای در سیستم های عادی لوله کشی یافت بال ها و ضربات جریانی ناشی از باز و بسته شدن شیرها، حرکت چرخ پروانه پمپ ها، اغتشاش جریان یا توربولانس ایجاد شده در لبه های اتصالات و در طول دیواره لوله ها تغییرات جهت جریان در زانویی ها و عوامل دیگر موجب می شوند تا جریان معمولاً حالت مغشوش داشته باشد.
عدد رینولدز جریان لایه ای آرام بین ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ است که در عمل کمتر با آن برخورد می کنیم. رقم واقعی عدد رینولدز در لوله های معمولی حدود ۲۲۰۰ است که نشان دهنده وجود اغتشاش و توربولانس در جریان شبکه های لوله کشی می باشد.

شکل ۱ : اتصال انعطاف پذیر برای لوله ها

• صدا و ارتعاش

بخشی از انرژی که اختصاصاً برای حرکت دادن آب صرف نمی شود به سیستم لوله کشی و ساختار زیرین و پشتیبان آن و حتی هوای اطراف که در تماس با لوله ها و سیستم است منتقل می گردد. صدا بر طبق تعاریف موجود عبارت است از ارتعاش در یک محیط واسط الاستیک؛ بنابراین در تمامی سیستم ها و تجهیزات سالم و معیوب وجود دارد.

• کنترل انرژی اتلافی

به حداقل رساندن میزان تولید انرژی که برای به حرکت در آوردن آب مورد استفاده قرار نمی گیره و تحت کنترل در آوردن انتقال آن به سیستم و سازه، میانی طرح های کنترل صدا و ارتعاش در سیستمهای لوله کشی را تشکیل می دهند. هیچ راه اقتصادی برای حذف کردن تمام اصوات و ارتعاشات حتی در سیستم هایی با بهترین طراحی نیز وجود ندارد چون این جزو طبیعت آنهاست. به عنوان مثال یک پمپ را در نظر بگیرید؛ هر چقدر این پمپ بالانس و خوب کار کنند باز هم پالس های جریانی وجود خواهند داشت چون که آب در مسیر عبور خود از درون پمپ در نقطه ای که تیغه از محل ورود آب در نشیمنگاه خود می گذرد دچار اغتشاش خواهد شد. هر یک از تیغه ها در هر دور یک پالس ایجاد میکنند و به دست آوردن تعداد پالس در ثانیه از تقسیم کردن سرعت (rpm) بر عدد ۶۰ امکان پذیر می باشد. با ضرب کردن عدد به دست آمده در تعداد تیغه ها شمار پالسهای یک پمپ سانتریفوژ حاصل خواهد شد. پمپ های رفت و برگشتی پمپهای دنده ای (Gear Pumps) و یا هر نوع سیستم پمپاژ دیگر باید چنین جریان های پالسی تولید نمایند. کنترل این انرژی ناخواسته در منبع تولید و یا در مسیر انتقال امری ضروری است چون در غیر این صورت نمی توان سیستمهایی قابل قبول در ساختمان ها پیاده کرده.

• کنترل صوت در منبع تولیدکننده

شاید ساده ترین روش کنترل صوت این باشد که اصلا صوتی تولید نکنیم!
طراحان بر روند انتخاب تمام اجزاء سیستم لوله پمپ ها و غیره نظارت دارند و می توانند با اعمال نظرهای کارشناسانه میزان تولید صوت را به حداقل کاهش دهند. در بسیاری از ساختمان ها از پمپ هایی برای تأمین و برقرار نمودن سیرکولاسیون پیوسته آب گرم مصرفی استفاده می شود. علاوه بر آن در ساختمان های بلندتر شاهد به کارگیری سیستم های بوستر فشار برای پمپاژ آب به ارتفاعهای زیاد هستیم. صدای تولید شده توسط پمپها با توان چهارم سرعت پمپ نسبت مستقیم دارد. انتخاب یک پمپ rpm ۱۸۰۰ به جای پمپی با سرعت rpm ۳۶۰۰ میزان اصوات حاصله را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. ضمناً بزرگ تر انتخاب کردن پمپ نیز به هیچ وجه توصیه نمی شود چون صدای پمپ نسبت مستقیمی با
توان ۱/۷ اسب بخار آن دارد.
آرام و کم سرعت بودن جریان در لوله ها تا حد امکان موجب می شود که جریان های
اغتشاشی کمتری در سیستم به وجود آیند. به عنوان یک اصل کلی سرعت جریان در لوله های کوچک( منازل مسکونی) باید حداکثر fps۶ و در صورت امکان کمتر باشد و در لوله های بزرگ تر – مانند لوله های شش اینچی و بزرگ تر – سرعت هایی در حد ۹ fps و یا
کمی بالاتر قابل قبول هستند. صدای جریان سیال با توان ششم سرعت (بدون وجود شرایط کاویتاسیون) با توان دوازدهم سرعت (در صورت وجود کاویتاسیون) ارتباط دارد. کاویتاسیون پدیده ای مخرب است. طراحان از تأثیرات زیان بار ترکیدن حباب های ریز هوا بر تجهیزات و نیز صدای زیاد حاصل از آن با اطلاع هستند.
حفظ شرایط بد زیاد در سمت مکش پمپ معمولاً موجب کاسته شدن احتمال بروز کاویتاسیون می شود. ولی عوامل دیگری نیز در این خصوص دخیل هستند.
صدای پمپ های سانتریفوژ را می توان در بسیاری از موارد با تراشیدن پروانه و ایجاد فاصله بیشتر میان چرخ پروانه و نشیمنگاه آن کاهش داد. معمولاً اندازه ای معادل ۹۰ درصد قطر نشیمنگاه برای اندازه گذاری چرخ پروانه مناسب است ولی گاه در مواردی این میزان تا ۷۰ درصد قطر نشیمنگاه کاهش یافته است تا صداهای ناهنجار تخفیف داده شوند. در هر صورت قبل از دست زدن به چنین اقداماتی بهتر است با سازنده پمپ مشورت به عمل آید چون هر نوع پمپی دارای مشخصات ویژه و مختص خود است.

از به کار بردن اتصالاتی با سطوح تیز و یا خشن خودداری نمایید. از زانویی ها و کاهنده ها یا بسط دهنده هایی بلند و با سطوح نرم استفاده کنید تا ایجاد اغتشاش در جریان و درنتیجه اصوات به حداقل ممکن کاهش داده شود.

مهم تر از همه این که از طراحی با حاشیه ایمنی بالا و بزرگ انتخاب کردن بیش از حد لوله ها خودداری کنید.

پمپ بر روی فونداسیون انعطاف پذیر و ارتجاعی

برای خواندن ادامه مقاله به لینک زیر مراجعه کنید…

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