در برخی از سامانه های هیدرولیکی تحت فشار نظیر خطوط لوله انتقال آب ، شبکه های توزیع آب ، سیستمهای پمپاژ و خط لوله ها و تونلهای انتقال آب ثقلی ، گاهی اتفاقاتی ازجمله قطعی برق ایستگاه پمپاژ ، شکستگی خط لوله و . . . منجر به بروز پدیده ای به نام ضربه قوچ (Water Hammer) میگردند. پدیده ضربه قوچ با ایجاد امواج فشاری سریع ، زودگذر و میرا موجب تخریب یا مستهلک شدن سریعتر خطوط لوله و تجهیزات سامانه های هیدرولیکی تحت فشار انتقال آب میگردند.
برای تشریح و معرفی بهتره پدیده Water Hammer باید به بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر ضربه قوچ و عوامل ایجاد کننده ی آن پرداخت تا بتوان در گام بعدی پس از تحلیل هیدرو لیکی ضربه قوچ روشهای کارا و مناسب برای کنترل پدیده ضربه قوچ پیشنهاد و تجهیزات کنترلی مناسب را انتخاب نمود.
عوامل متعددی بر میزان شدت پدیده ضربه قوچ تاثیر گذارند. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- قطر لوله خطوط انتقال
- دبی آب
- طول و طرح پروفیل خطوط لوله انتقال آب
- هد پمپاژ
- جنس و ضخامت جداره ی لوله ها
- نوع و ممان اینرسی الکترو پمپها
- …
در سامانه های هیدرولیکی تحت فشار انتقال آب ، بسته به مقدار پارامترهایی نظیر قطر ، دبی ، طول و طرح پروفیل خطوط لوله انتقال آب ، هد پمپاژ ، نوع پمپها و ممان اینرسی الکترو پمپها و … میزان ایجاد ضربه قوچ متفاوت می باشد.
در یک سیستم انتقال آب این پدیده ممکن است ضعیف و بی اثر بوده یا اثر گذاری کمی داشته باشد و در سیستمی دیگر ، با توجه به مقادیر پارامترهای تاثیرگذار بر این پدیده ، ضربه قوچ می تواند با شدت بیشتری رخ دهد که در صورت عدم کنترل مناسب آن ، با آثار مخربی در سیستم مواجه خواهیم شد.
پدیده ضربه قوج
اینک که عوامل تاثیر گذار بر پدیده ضربه قوچ را شناختیم باید به عوامل ایجاد کننده آن نیز بپردازیم . برای فهم بهتر دلایل ایجاد پدیده ضربه قوچ ابتدا باید دو حالت مختلف جریان را تعریف نمود ، جریان پایا – دائمی(Steady flow) و جریان گذرا(Unsteady flow).
اگر سرعت سیال در هیچ یک از نقاط دامنه حرکت با تغییر زمان ، تغییر نکند این جریان را یک جریان پایا- دائمی می نانیم . در چنین جریانی فشار ، چگالی و … در هیچ یک از نقاط دامنه حرکت تابعی از زمان نخواهند بود. حال اگر هر یک از این پارامترها در بخشی یا کل دامنه حرکت با زمان تغییر کند جریان از حالت پایا-دائمی به حالت گذرا تغییر خواهد کرد.
عواملی که منجر به تغییر حالت جریان از پایا_دائمی به حالت جریان گذرا می شوند را می توان عامل ایجاد پدیده ضربه قوچ دانست که از این بین میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- روشن کردن یک یا چند پمپ
- خاموش کردن یک یا چند پمپ
- قطع برق یک یا چند الکتروپمپ
- تغییر ناگهانی در میزان گشودگی شیرآلات و یا باز و بسته کردن ناگهانی آنها
- تعییر دور الکتروپمپها در پمپهای دور متغیر
- پر کردن غیر اصولی خطوط لوله انتقال آب
- استفاده از شیرآلات یکطرفه نامناسب
حال باید به این سوال پاسخ داد که چگونه این عوامل موجب ایجاد ضربه قوچ میگردند؟ شاید با یک مثال بتوان نحوه ی ایجاد پدیده مخرب ضربه قوچ را شرح داد. برای مثال یک سامانه ی پمپاژ و انتقال آب که به سیستمهای کنترل ضربه قوچ از جمله تانک ضربه گیر مجهز نمی باشد را در نظر بگیرید.
حال در صورت خاموش شدن ناگهانی پمپها ستون آب تا زمان از دست دادن انرژی خود به حرکت خود ادامه داده و پس از اتمام انرژی ، ستون آب در جهت عکس جریان رانش خود حرکت کرده و باعث می گردد در برخی از نقاط ، خط (HGL) به اندازه ای افت کند که خط لوله در آن نقطه را قطع کند .
این پدیده ممکن است فشار خط لوله در آن نقطه را تا فشار بخار کاهش دهد که این امر باعث تبخیر آب خواهد شد و پدیده از هم گسیختگی ستون آب روی خواهد داد .
پدیده ضربه قوج
حال زمانی که ارتفاع خط (HGL) اندکی افزایش یابد با افزایش فشار داخل خط لوله این بخار ایجاد شده چگالیده شده و به مایع تبدیل می گردد و با حرکت سریع ستونهای آب ایجاد شده به سمت هم ، بخار محبوس متلاشی می شود .
این پدیده مخربترین اثر Water Hammer در سیستمهای پمپاژ و انتقال آب است که با بکار گیری تجهیزات مناسب کنترل ضربه قوچ مانند تانکهای ضربه گیر تحت فشار ، تانکهای ضربه گیر یکطرفه اتمسفریک (سرج تانک ) و شیر هوای مناسب قابل کنترل می باشد.
منبع : سرین فلز
ضربه قوچ water hammer چیست؟