بررسی پدیده ضربه قوچ
Water hammerin : ضربه قوچ آب از نظر افرادی که با سیستم‌های پمپاژ و انتقال آب سروکار دارند یکی از پیچیده ترین و در عین حال جذاب‌ترین پدیده در خطوط لوله‌های تحت فشار به شمار می‌رود هدف از این مقالـه ارائه تئوریک در این رابطه نیسـت بلکه توضیح ساده این پدیده و ارائه راه کارهای مقابله با آن است.
پدیده ی ضربه ی قوچ
انرژی جنبشی جریان آب در یک لوله می‌تواند بسیار قابل‌توجه باشد و هر کاهشی در میزان جریان به وسیله شیری که در انتهای سیستم جریان را تنظیم می‌کند، ممکن است به استهلاک مقدار زیادی انرژی منجر شود.
این اتلاف انرژی در یک خط لوله به صورت ازدیاد فشار ظاهر می‌شود که می‌تواند اثرات مخربی داشته باشد. همین‌طور در سیستم‌های هیدرولیکی کوچک‌تر بستن سریع یک شیر برای متوقف کردن جریان ممکن است ایجاد ضربان‌های فشار، چند برابر جریان یکنواخت نرمال بکند، این ضربان‌ها با سرعت صوت در طول لوله برابر می‌گردد.
صدا همراه با لرزش که در این اثر به وجود می‌آید با عبارت چکش آبی (ضربه قوچ) بیان می شود.
تشریح پدیده ضربه قوچ
فرض کنید که یک لوله کاملاً پر از جریان سیال باشد. افزایش و کاهش سرعت این جریان تولید ضربه قوچ می‌کند. کاهش و افزایش سرعت جریان را می‌توان با باز و بسته کردن یک شیر واقع در مسیر لوله ایجاد کرد. به عبارت دیگر، هر نوع شتاب مثبت یا منفی در جریان درون یک لوله ضربه‌ای را تولید می‌کند که به ضربه قوچ معروف است.
اگر این تغییرات تدریجی باشد، می‌توان مایع را تراکم ناپذیر و جدار لوله را صلب فرض کرد. موقع که شیر واقع در مسیر یک لوله به‌طور آنی بسته می‌شود، دبی عبوری از شیر کاهش می‌یابد. این کاهش دبی موجب افزایش فشار در بالادست شیر و کاهش فشار در پایین دست آن می‌شود.
بنابراین، مقدار هد در بالادست شیر افزایش یافته و یک موج فشاری بزرگ را تولید می‌کند که با سرعت موج صوتی a در طرف بالادست شیر حرکت می‌کند. این موج فشاری سرعت جریان را کاهش می‌دهد.
در طرف پایین دست شیر فشار کاهش‌یافته و یک موج کم فشار با سرعت موج صوتی a به طرف پایین دست لوله حرکت می‌کند. این موج نیز موجب کاهش سرعت جریان می‌شود. اگر شیر را به مقدار کافی سریع ببندیم و فشار دایمی کم باشد، ممکن است مقداری از مایع در پایین دست شیر تبخیر شود.
پس از تبخیر مایع و به وجود آمدن حباب‌های بخار، ممکن است این حباب‌ها ترکیده و فشار زیادی را در پایین دست شیر ایجاد کنند.
علل به وجود آمدن ضربه قوچ آب
همان‌طور که گفته شد تغییرات سرعت باعث به وجود آمدن این پدیده می‌شود که این تغییرات سرعت به دلایل زیر به وجود می‌آید:
- روشن کردن یک یا چند پمپ
- خاموش کردن یک یا چند پمپ
- تغییر تنظیم شیرها و یا بسته شدن ناگهانی شیرها
- تغییر سرعت دورانی پمپ یا پمپ‌ها (در سیستم‌های دور متغیر)
- پر کردن غیراصولی خط لوله
- استفاده از شیرهای یک‌طرفه نامناسب
- از کار افتادن ناگهانی یک یا چند پمپ
پدیده ضربه قوچ در پمپ
بسته شدن سریع شیر قطع و وصل در خط لوله باعث ایجاد موج فشار در خط لوله می‌شود این موج فشار در بالادست شیر باعث شروع ضربت قوچی با فاز فشار مثبت و در پایین دست شیر باعث شروع ضربت قوچی با فشار منفی می‌شود.
* شیرهای یک طرفه‌ای که نتوانند سریع (قبل از معکوس شدن جریان در خط لوله) بسته شوند باعث تـشـدیـد شـدن ضربـت قوچـی و نیـز به وجود آمـدن پدیـده کوبــیده شـدن دیـســـک شـیرهای یک‌طرفه بـنـام (Slamming effect) می‌شوند که صدا و ضربه بسیار شدیدی ایجاد می‌کنند.
اصول پیشگیری، کاهش و مقابله با ضربه قوچی
به طور کلی اصول پیشگیری و مقابله با این پدیده به دو دسته تقسیم می‌شود:
- شرایط قابل‌کنترل: این حالت برای قسمت‌هایی است که در آن‌ها قطع ناگهانی برق وجود ندارد و باز و بسته کردن شیرها را می‌توان کنترل کرد.
- شرایط غیر قابل کنترل: این حالت مربوط به قسمت‌هایی است که قطع ناگهانی برق در آن‌ها وجود دارد و تغییرات سرعت جریان از اختیار ما خارج است.
اقدامات پیشگیرانه در شرایط قابل کنترل
تجهیزات لازم برای جلوگیری از تغییرات ناگهانی سرعت
- استفاده از شیرهای یک‌طرفه با سرعت بسته شدن زیاد
- استفاده از شیرهای کنترل پمپ در خروجی پمپ‌ها
- اسـتفاده از شـیرهای قطع و وصل مجهز بـه محرک‌های الکــتریکی (Electric)
- Actuators در خـروجی پمپ‌ها
- استفاده از سیستم‌های الکتریکی دور متغیر در ایستگاه‌های پمپاژ
اقدامات پیشگیرانه در شرایط غیرقابل کنترل
روش‌های مقابله با افزایش فشار
اقتصادی ترین راه مقابله با مشکل افزایش فشـار اسـتفاده از شـیرهای اطمینـان (Surge Relief Valves) و یـا ترکیـب شیرهای اطمینان با شیرهای یک‌طرفه سوپاپی دو سر فلنچ فنردار و یا ترکیب شیرهای اطمینان با چرخ لنگر Flywheel است.
برای خطوط که طول کمتر از 2 کیلومتر دارند یکی از بهترین روش‌های مقابله با ضربت قوچی نصـب چـرخ لنگـر بین پمپ و الکتروموتور است.
مکانیزم عملکرد چرخ لنگر چنین است که بعد از قطع جریان برق از کاهش سریع دور موتور جلوگیری می‌کند و در نتیجه فشار منفی کمتری در اثر ضربت قوچی ایجاد می‌شود و چون فشار منفی کمتری ایجاد می‌شود به همان نسبت افـزایش فشـار نیـز کمتر خواهد شد.
سایر تجهیزات کنترل‌کننده این پدیده
پمپ کنارگذر لوله
شیرهای هوای دو روزنه
لوله خط دودکش
تانک ضربه‌گیر یک‌طرفه
تانک ضربه‌گیر تحت فشار
مشکلاتی که پدیده ضربه قوچ باعث به وجود آمدن آن می‌شود
گاهی اوقات قدرت تخریبی این موج‌ها به حدی است که نتایج وخیمی به بار می‌آورد. ترکیدن لوله و خطوط لوله در سیستم‌های انتقال و شبکه‌های توزیع، خرابی و شکسته شدن شیرها، دریچه‌های کنترل و پمپ‌ها از نمونه‌های بارز تأثیر این پدیده می‌باشد.
شرکت زادآب به عنوان تولیدکننده تجهیزات آب و فاضلاب آماده ارائه مشاوره رایگان به شما عزیزان می باشد. در صورت نیاز به مشاوره با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.
021-55256411-12
09223345280