پمپ قوچ آبی

• پمپ‌های قوچ آبی
• پمپ‌های ضربه قوچی (hydraulic ram pumps)
• یا هیدرم (hydram)
• از نوع پمپ‌های آبی دوره‌ای (cyclic water pump) هستند که توان خود را از انرژی آب در حال حرکت به دست می‌آورند.
• وظیفه پمپ‌های ضربه قوچی انتقال آب (hydraulic transformer) است. آب با یک هد هیدرولیکی و جریان مشخص به آن وارد
• و با یک هد بیش‌تر و جریان کم‌تر از آن خارج می‌شود. این وسیله از اثر ضربه قوچ (water hammer) برای افزایش فشار استفاده می‌کند
• که با افزایش فشار، به بخشی از آب ورودی که به پمپ انرژی می‌رساند،
• اجازه می‌دهد که به یک نقطه بالاتر از محل اولیه خود بالا رود.

کاربرد پمپ‌های قوچ آبی

• در مناطق دور افتاده است که در آن یک منبع آبی با هد کم وجود دارد
• و نیاز است که آب به محلی که از نظر ارتفاع بالاتر از محل منبع است رسانیده شود.
• در این شرایط، پمپ قوچ آبی به هیچ منبع خارجی توان غیر از انرژی جنبشی آب نیاز ندارد.

پمپ قوچ آبی تنها دارای دو قطعه متحرک است:

• ولو پساب (waste valve/clack valve)
• چک ولو تحویل (delivery check valve)

این امر باعث می‌شود که ساخت این پمپ‌ها ارزان، نگهداری از آنها آسان و بسیار قابل اعتماد باشند.

علاوه بر آن، یک لوله رانش (drive pipe)

برای تامین آب از یک منبع مرتفع و یک لوله تحویل (delivery pipe)

برای بردن بخشی از آب که از لوله رانش می‌آید به یک ارتفاع بیش‌تر از منبع، وجود دارد.

یک پمپ قوچ آبی دارای قسمت‌های زیر است:

1. لوله رانش ورودی (inlet drive pipe)
2. جریان آزاد از ولو پساب (free stream from waste vale)
3. لوله تحویل خروجی (outlet delivery pipe)
4. ولو پساب (waste valve)
5. چک ولو تحویل (delivery check valve)
6. مخزن تحت فشار (pressurized vessel)

در ابتدا ولو پساب باز و ولو تحویل بسته است.

• آب از درون لوله رانش تحت نیروی گرانش شروع به جریان می‌کند و به سرعت و انرژی جنبشی آن افزوده می‌شود تا این که با نیروی خود باعث بسته شدن ولو پساب می‌گردد.
• مومنتوم جریان آب در لوله ورودی پشت ولو پسابی که اکنون بسته است باعث می‌شود که ضربه قوچ به وجود آید.
• فشار درون پمپ زیاد، ولو تحویل باز و مقداری از آب به لوله تحویل هل داده می‌شود.
• از آن جایی که آب هل داده شده به لوله تحویل بیش از میزانی است که از منبع در حال پایین آمدن است،
• جریان درون لوله تحویل به تدریج کاهش می‌یابد. هنگامی که جریان درون لوله تحویل شروع به برعکس شدن کرد، چک ولو تحویل بسته می‌شود.
• اگر تمام جریان آب متوقف شود، ولو پساب که بر روی آن نیرویی بر خلاف جهت هد استاتیکی قرار دارد دوباره باز می‌شود.

• یک مخزن تحت فشار که دارای بالشتک‌های هوا می‌باشد،
• در زمان بسته شدن ولو پساب باعث جلوگیری از شوک ناشی از فشار آب می‌شود
• و همچنین با ایجاد جریان یکنواخت‌تر در لوله تحویل، باعث افزایش کارایی پمپاژ می‌گردد.
• اگرچه به صورت تئوری پمپ قوچ آبی می‌تواند بدون مخزن نیز کار کند،
• در این حالت کارایی به شدت کاهش یافته و تنش‌های بسیار شدیدی به پمپ وارد خواهد شد که باعث کاهش عمر سیستم پمپ می‌شود.
• یک مشکل برای این مخزن این است که هوای تحت فشار به تدریج در آب حل می‌شود تا این که چیزی از آن باقی نماند.
• یک راه حل برای این مشکل این است که به وسیله یک دیافراگم انعطاف‌پذیر هوا را از آب جدا کنیم (همانند مخزن انبساط)؛ البته این راه حل در کشورهای در حال توسعه که تهیه لوازم یدکی مشکل است چندان مناسب نمی‌باشد.
• راه حل دیگر قرار دادن مکانیزمی مانند ولو تنفس (sniffing valve) است
• که به صورت اتوماتیک در هر سیکل یک حباب کوچک از هوا را به مخزن وارد می‌کند.
• راه حل دیگر قرار دادن یک تیوب باد شده چرخ یک اتومبیل یا دوچرخه در مخزن تحت فشار است.
• این تیوب اثری همانند دیافراگم دارد و به سادگی در همه جا یافت می‌شود.

طول بهینه لوله رانش

• پنج تا دوازده برابر فاصله عمودی بین منبع و پمپ و یا 500 تا 1000 برابر قطر لوله تحویل، هر کدام که کم‌تر باشد، می‌باشد.
• این طول لوله رانش معمولا باعث می‌شود که زمان بین دو ضربه بین یک تا دو ثانیه باشد.
• راندمان معمولا در حدود 60 درصد است اما تا 80 درصد نیز امکان‌پذیر است.
• معمولا لوله رانش صاف است ولی می‌تواند به شکل منحنی و یا مارپیچ نیز باشد.
• لوله رانش حتما باید انعطاف‌ناپذیر، قوی و صلب باشد در غیر این صورت کارایی به شدت کاهش می‌یابد.
• می‌توان با لوله و اتصالات گالوانیزه، یک پمپ قوچ آبی را ظرف مدت نیم ساعت سر هم کرد.
• تنها قطعه خاص مورد نیاز ولو پساب است که می‌توان آن را تولید نمود و یا از ولو یک طرفه استاندارد کبری استفاده کرد.

• راندمان انرژی معمول 60 درصد است اما تا 80 درصدامکان‌پذیر می‌باشد.
• راندمان انرژی نباید با راندمان حجمی (volumetric efficiency) که ارتباط دهنده حجم آب تحویل داده شده به کل آب گرفته شده از منبع است، اشتباه گرفته شود.
• نسبت آب موجود در لوله تحویل مطابق با نسبت هد تحویل به هد عرضه کاهش می‌یابد.
• بنابراین اگر منبع 2 متر بالاتر از رم (ram) باشد و آب به 10 متر بالاتر از رم رسانده شود، تنها 20 درصد از آب تامین شده
• می‌تواند در دسترس قرار گیرد و 80 درصد دیگر از شیر اتلاف بیرون ریخته می‌شود.
• این نسبت‌ها با فرض راندمان انرژی 100 درصد هستند.
• آب واقعی تحویل داده شده در اثر عامل راندمان انرژی کاهش بیش‌تری می‌یابد.
• در مثال بالا، اگر راندمان انرژی 70 درصد باشد، آب تحویل داده شده 70 درصد از 20 درصد یعنی 14 درصد خواهد بود.
• با فرض نسبت هد تامین به عرضه 2 به 1 و راندمان 70 درصد، آب تحویل داده شده 70 درصد از 50 درصد یعنی 35 درصد خواهد بود.
• نسبت بسیار بالای هد تحویل به تامین معمولا باعث کاهش راندمان می‌شود.
• تولید کنندگان رم اغلب جداولی مربوط به نسبت حجم مورد انتظار بر اساس آزمون‌های واقعی ارایه می‌کنند.

• نفوذ هوا به لوله رانش
• گرفتگی لوله و یا ولوهای مکش به وسیله آشغال
• ایجاد ضربه به علت وجود مقدار بسیار کم هوا در مخزن تحت فشار
• یخ‌زدگی در زمستان
• ترکیدگی لوله تحویل در صورتی که خروجی آن گرفته باشد و یا دارای شیر اطمینان نباشد

• زمانی که نیاز به جریان بالا و نسبت هد بالا وجود دارد،
• یک جایگزین برای پمپ قوچ آبی، پمپ با توان آبی (water powered pump) است.
• دستگاه‌های پمپ با توان آبی شامل یک توربین آبی (hydraulic turbine) است
• که با یک پمپ آبی کوپل شده باشد. توان محرک مورد نیاز پمپ‌ به وسیله توربین هیدرولیکی از آب با هد پایین موجود تامین می‌شود.

ساخت و ساز و اصل بهره برداری

یک رم هیدرولیکی سنتی فقط دارای دو قسمت متحرک است ، یک شیر “ضایعات” دارای یک فنر یا وزن که گاهی اوقات به عنوان شیر “کلاک” و یک سوپاپ چک “تحویل” شناخته می شود ، ساخت آن ارزان ، نگهداری آسان و بسیار قابل اعتماد است.

رم هیدرولیک Priestly ، که به طور مفصل در دائرanالمعارف 1947 Britannica شرح داده شد ، هیچ قسمت متحرکی ندارد. [10]

توالی عمل

شکل 2: اجزای اساسی قوچ هیدرولیکی:
1. ورودی – لوله محرک
2. جریان آزاد در شیر ضایعات
3. خروجی – لوله تحویل
4. سوپاپ زباله
5. سوپاپ چک تحویل
6. مخزن تحت فشار

در ابتدا

• سوپاپ ضایعات به دلیل وزن خود باز است (یعنی پایین می آید) و شیر تحویل
• تحت فشار ناشی از ستون آب از دهانه بسته می شود
• آب در لوله ورودی تحت نیروی جاذبه شروع به جریان می کند و سرعت و انرژی جنبشی را می گیرد
• تا زمانی که نیروی کشش فزاینده باعث افزایش وزن دریچه ضایعات و بسته شدن آن شود.
• حرکت جریان آب در لوله ورودی در برابر شیر زباله که اکنون بسته شده است
• باعث ایجاد چکش آب می شود که فشار پمپ را فراتر از فشار ناشی از فشار ستون آب از خروجی بالا می برد. این دیفرانسیل فشار اکنون دریچه تحویل را باز می کند
• و مقداری آب را مجبور می کند تا به لوله تحویل جریان یابد
• از آنجا که این آب از طریق لوله تحویل در سربالایی دورتر از سقوط از سرچشمه مجبور می شود
• جریان آهسته می شود. هنگامی که جریان معکوس می شود
• شیر کنترل تحویل بسته می شود
• در همین حال ، چکش آب حاصل از بسته شدن دریچه زباله نیز یک پالس فشار تولید می کند
• که از لوله ورودی به سمت منبع انتشار می یابد و در آنجا به یک پالس مکش تبدیل می شود که به پایین لوله ورودی انتشار می یابد
• این پالس مکش ، با داشتن وزن یا فنر روی شیر ، سوپاپ ضایعات را به عقب باز می کند و اجازه می دهد روند دوباره شروع شود

یک مخزن تحت فشار

• با بالشتک های هوا شوک فشار هیدرولیکی را هنگام بسته شدن سوپاپ ضایعات فشار می دهد
• و همچنین با اجازه دادن به یک جریان ثابت تر از طریق لوله تحویل ، بازده پمپاژ را بهبود می بخشد
• اگرچه از نظر تئوری پمپ می تواند بدون آن کار کند
• بازده به شدت کاهش می یابد و پمپ تحت فشارهای خارق العاده ای قرار می گیرد
• که می تواند عمر آن را بطور قابل توجهی کوتاه کند
• یک مشکل این است که هوای تحت فشار به تدریج در آب حل می شود تا زمانی که هیچ یک باقی بماند
• یک راه حل برای این مشکل این است که هوا توسط دیافراگم الاستیک (مشابه مخزن انبساطی) از آب جدا شود
• با این حال ، این راه حل می تواند در کشورهای در حال توسعه که تهیه جایگزین برای آنها دشوار است ، مشکل ساز شود
• راه حل دیگر سوپاپ مایع نصب شده در نزدیکی درایو سوپاپ تحویل است
• این با هر بار بسته شدن دریچه تحویل و ایجاد خلا جزئی ، به طور خودکار مقدار کمی هوا را استنشاق می کند
• راه حل دیگر قرار دادن یک لوله داخلی تایر اتومبیل یا دوچرخه در مخزن تحت فشار است که مقداری هوا در آن و دریچه بسته است
• این لوله در واقع همان دیافراگم است
• اما با مواد در دسترس تر اجرا می شود
• هوای موجود در لوله شوک آب را همانند هوای موجود در سایر تنظیمات ، بالش می دهد

بهره وری

• بازده انرژی معمولی 60٪ است اما تا 80٪ امکان پذیر است
• این نباید با بازده حجمی اشتباه گرفته شود ، که مربوط به حجم آب تحویل گرفته شده به کل آب گرفته شده از منبع است
• بخشی از آب موجود در لوله تحویل با نسبت هد تحویل به سر منبع تغذیه کاهش می یابد
• بنابراین اگر منبع 2 متر بالاتر از قوچ باشد و آب به 10 متر بالاتر از قوچ برسد ، فقط 20٪ از آب تأمین شده می تواند موجود باشد
• 80٪ دیگر از طریق دریچه زباله ریخته می شود
• این نسبت ها 100٪ بهره وری انرژی را در نظر می گیرند
• آب واقعی تحویل شده توسط عامل بهره وری انرژی بیشتر کاهش می یابد
• در مثال فوق ، اگر بازده انرژی 70٪ باشد ، آب تحویل 70٪ 20٪ یعنی 14٪ خواهد بود
• با فرض نسبت 2 به 1 تأمین سر به زایمان و راندمان 70٪ ، آب تحویل 70٪ 50٪ یعنی 35٪ خواهد بود
• نسبتهای تحویل بسیار بالا به منبع تغذیه معمولاً منجر به کاهش بازده انرژی می شود
• تأمین کنندگان قوچها معمولاً جداول ارائه می دهند
• که بر اساس آزمایشهای واقعی نسبتهای مورد انتظار را ارائه می دهند

طراحی لوله درایو و تحویل

• از آنجا که هر دو راندمان و دوچرخه سواری قابل اعتماد به اثرات چکش آب بستگی دارند ،
• طراحی لوله محرک مهم است. باید بین 3 تا 7 برابر بیشتر از فاصله عمودی منبع و قوچ باشد.
• قوچهای تجاری ممکن است دارای اتصالی ورودی باشند که متناسب با این شیب مطلوب باشد.
• قطر لوله تغذیه به طور معمول با قطر اتصالات ورودی قوچ مطابقت دارد
• که به نوبه خود بر اساس ظرفیت پمپاژ آن است. لوله محرک باید قطر و ماده ثابت داشته باشد
• و باید تا حد ممکن صاف باشد.
• در مواردی که خم شدن ضروری است
• باید منحنی هایی با قطر بزرگ و صاف باشد.
• حتی یک مارپیچ بزرگ مجاز است ، اما باید از آرنج اجتناب شود. PVC خواهد w