تحقیق مقاله هیدرولیک

تعیین محل نشتی در خطوط برقی بوسیله روش هیدرولیکی

کابل های روغنی زمینی بخش عظیمی از خطوط انتقال برق را در بریتانیا و دیگر نقاط جهان تشکیل می دهند. سیستم قدرت بریتانیا دارای حدود 800 کیلومتر کابل در حال سرویس در سطوح ولتاژ از 33 تا 400 کیلوولت می باشد. مقدار زیادی از این کابل ها در فاصله 25 تا 40 سال گذشته، نصب شده اند. بسیاری هم، حدود 60 سال است که تحت بهره برداری می باشند. بسیاری از این کابل ها بدون هیچ مشکلی در حال سرویس دهی در شبکه هستند. با این وجود، تعدادی از کابل ها در طول عمر خود به دلیل معیوب شدن سیستم نگهداری دچار نشتی روغن می شوند. تشخیص و تعمیر سریع این نشتی ها از جنبه های فنی و زیست محیطی حائز اهمیت می باشد.

سابقا" تعیین محل نشتی، مستلزم حفاری ها و کاربرد روش منجمد ساختن های مکرر بود. روش هیدرولیکی که اساس آن، اندازه گیری مقاومت عایقی جریان روغن در داخل کابل است نخستین جایگزین برای روش انجماد می باشد. این روش برای سیستم های کابل تک رشته و سه رشته و با همکاری شرکت EA Technology و  U.K. Electricity Supply Industry ( صنایع تولید برق انگلیس ) ابداع شد. براساس این روش دستگاهی، ساخته و روانه بازار گردید و با نتایج خوبی که نشان داد، مایه تشویق سازندگان به ساخت بهینه دستگاههای نشتی یاب شده است.

روش هیدرولیکی

تعیین محل نشتی به روش هیدرولیکی بر این اساس است که مقاومت اصطکاکی (frictional resistance) کابل در مقابل شارش روغن بین هر پایانه نشتی دار و نقطه نشتی اندازه گیری می شود. این کار با اندازه گیری دقیق شارش روغن در کابل و افت فشار در قسمت دارای نشتی انجام می گیرد.

با بکارگیری فرمول ساده زیر برای جریان روغن تراکم ناپذیر، افت فشار (DP) در یک قسمت هیدرولیکی محاسبه میگردد :

 DP = Q × R ×  L   

بطوریکه  Q میزان شارش روغن، R مقاومت هیدرولیکی روغن در مقابل جریان به ازای طول واحد و L  طول کابل نشتی دار است.

دستگاه تعیین محل نشتی

دستگاه مورد نیاز برای تعیین محل نشتی به روش هیدرولیکی معمولا" در دو واحد جداگانه سیار ساخته می شود که از دو خودروی جداگانه برای این عملیات استفاده می شود

برای آزمایش کابل های تک رشته ای، یک خودرو کفایت می کند اما برای انجام آزمایش برروی کابل های سه رشته ای هر دو خودرو مورد نیاز هستند. هر واحد دارای یک مخزن سیال با فشار متغیر جهت تغذیه کابل در طول آزمایش می باشد. سیال از داخل یک سنجه اندازه گیری عبور داده می شود که دارای ترانسدیوسرهای شارش و فشار با حساسیت بالاست. جهت تغذیه روغن با فشار متغیر میتوان از لوله های موقتی برای اتصال دستگاه نشتی یاب به کابل در نقاط مفصل های روغنی یا سرکابلهای سیستم در قسمتی از کابل که دارای نشتی است استفاده شود.

یک کامپیوتر، داده های اندازه گیری شده را جمع آوری و تحلیل می کند. از آنجا که اندازه گیری روی کابل های تک رشته ای باید بطور مشابه در هر دو انتهای قسمت دارای نشتی صورت گیرد، دو مجموعه تجهیز باید با هم ارتباط مداوم داشته باشند. این کار اکنون با تلفن های موبایل GSM انجام می گیرد که جانشین ارتباطات رادیویی سابق شده است.

نشتی ها اغلب در محل مفصل ها پیدا می شوند و حفاری نزدیکترین مفصل به محلی که برای نشتی پیش بینی شده، بصورت یک استاندارد در آمده است. اگر نشتی در آن پیدا نشود، محل مفصل بعدی حفر می گردد. به عنوان آخرین راه چاره هم از انجماد استفاده می گردد.

پیدا کردن محل نشتی در اولین یا دومین حفر بدون انجماد در کار تعیین محل نشتی روغن کابل، موفقیت عملکرد دستگاه نشتی یاب محسوب می شود.

تا به امروز، از روش های هیدرولیکی برای تعیین محل نشتی در بیش از 1000 مدار توسط بهره بردارهای مختلف استفاده  شده است. میزان موفقیت با این معیار که نشتی ها در اولین یا دومین حفر و بدون نیاز به انجماد پیدا شوند، بیش از 70 درصد بوده است. پرسنل نگهداری و تعمیرات که بطور ثابت برای کار با این تجهیزات تعیین شده اند بیشترین میزان موفقیت را بدست آورده اند. بنابراین تجربه و آشنائی با سیستم و مدار کابلها در امر تعیین محل نشتی روغن کابل، یک عامل بسیار مهم به حساب می آید.

با توجه به شرایط بهره برداری از کابلهای روغنی و حداقل فشار روغن قابل قبول در زمان بهره برداری کابلهای با نرخ نشتی 10 الی 100 لیتر در هفته بعنوان کابل معیوب منظور میگردند.

اندازه گیری های دقیقتر، پردازش بهتر داده ها، همراه با تجربیات بهره برداری بیشتر، عملکرد این روش را بسیار بهبود بخشیده اند. اگرچه در کار تعیین محل نشتی روغن کابل ها با این روش نیز محدودیت هایی وجود دارد. اما این روش، دقیقترین و عملی ترین روشی است که تا به حال پیشنهاد شده است.

بطور خلاصه، مزیت روش هیدرولیکی نسبت به سایر روش ها کاهش میزان حفاری ها و هزینه های مربوطه، کاهش قطع برق و ترافیک مسیرها و همچنین تعیین سریعتر محل نشتی و کاهش آلودگی محیط  می باشد.

جک هیدرولیک چیست؟

جک هیدرولیک وسیله‌ای است که در آن نیرویی بر روغن موجود در یک استوانه کوچک وارد می‌شود. این نیرو سبب می‌شود که روغن غیر قابل تراکم به استوانه بزرگ منتقل شود. روغن به پیستون استوانه بزرگ فشار می‌آورد و باعث بلند شدن بار روی استوانه (مثلا ماشین) می‌شود. مکانیزم کار ماشینهای جرثقیل ، و غیره نیز چنین می‌باشد که در عین سادگی ، کار مفید زیادی با بازده بالا انجام می‌دهد. در ساختمان جک هیدرولیک از این واقعیت استفاده می‌شود که روغن تقریبا تراکم ناپذیر است و نیروی وارد بر خود را منتقل می‌کند. فشار وارد بر پیستون کوچک عینا به پیستون بزرگ منتقل می‌شود و آنرا به طرف بالا می‌راند.

مزیت مکانیکی جک هیدرولیک

فشارهای وارد بر استوانه‌ها که همان نیروی وارد بر واحد سطح یعنی P = F/A است، باهم برابرند. بنابراین:

Pe = Pl

به عبارت دیگر می‌توان نوشت:

Fe/Ae = Fl/Al

که در آن F همان نیروهای مقاوم و محرک ، A همان سطح مقطع دو پیستون می‌باشد. در حالت ساده‌تر مزیت مکانیکی قسمت هیدرولیکی جک بصورت زیر در می‌آید:

AA = Ml/Ae

دسته جک نیز یک اهرم نوع دوم است و مزیت مکانیکی مخصوص به خود را دارد. دسته اهرم نیروی محرک را افزایش می‌دهد. بر جک هیدرولیک نیروی مفید دسته وارد می‌شود و جک این نیرو را افزایش می‌دهد. از اینرو مزیت مکانیکی کل دستگاه برابر مزیت مکانیکی این دو قسمت می‌باشد.

آیا جک هیدرولیک مقدار کار را افزایش می‌دهد؟

دستگاهی وجود ندارد که بتواند مقدار کار را افزایش دهد. هر مقدار روغن که از استوانه کوچک خارج شود، همان مقدار وارد استوانه بزرگ می‌شود. در هر دو استوانه این حجم روغن برابر است با حاصلضرب سطح مقطع استوانه در فاصله‌ای که پیستون جابجا می‌شود. چون این حجمها باهم برابرند، بنابراین:

AeΔSe = AlΔSl

اگر ماشین را بدون اصطکاک در نظر بگیریم داریم:

MA=Al/Ae=ΔSe/ΔSl

و چون MA = Fl/Fe بنابراین:

FlΔSl = FeΔSe

که نشان می‌دهد در حالت ایده‌آل کار خروجی یا مفید با کار ورودی یا داده شده برابر است.

در قرقره ، اهرم و جک هیدرولیک ، وقتی اصطکاک وجود ندارد، کار خروجی با کار ورودی برابر است. این گفته در مورد سایر ماشینها نیز برقرار است. در چنین شرایطی مزیت مکانیکی ایده‌آل (یعنی بدون اصطکاک) هر ماشینی را می‌توان با بررسی هندسه ماشین بدست آورد. با ملاحظه معادله MA = ΔSe/ΔSl حتی در پیچیده‌ترین ماشین ، می‌توان مزیت مکانیکی ایده‌آل را فقط با دانستن اینکه وقتی نیروی محرک را در مسافت معینی حرکت می‌دهیم، نیروی مقاوم چقدر جابجا می‌شود، پیدا کرد.

کاربردهای جک هیدرولیک

در بلند کردن ماشین‌آلات سنگین ، ماشینهای کمپرسور ، جرثقیلها ، پالایشگاهها ، حفاریهای زیر زمینی ، برج سازی و معماری ، کلیه وسایل نقلیه و غیره از خود این وسیله بسیار ساده و مفید یا مکانیزم کارش استفاده می‌شود.

مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.

امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود.