ضربه قوچ

ضربه قوچ یا چکش آبی نوعی جریان گذرا  می باشد که در آن شاهد تغییر ناگهانی سرعت سیال در داخل لوله هستیم به طوریکه این تغییر ناگهانی سرعت، سبب تغییر ناگهانی در میزان فشار درون لوله می­ شود. و این موج فشاری و ضربه ممکن است خساراتی به سازه وارد کند. علت این تغییر ناگهانی سرعت می ­تواند، بسته شدن ناگهانی شیر، توقف یا شروع ناگهانی پمپ و … باشد.

 

ضربه قوچ

 

رویدادهایی که در اثر بسته شدن ناگهانی شیر در لوله متصل به مخزن رخ می­ دهد در شکل زیر نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می ­شود شیر در لحظه t0 کاملا باز است و آب با سرعت v0 در حال حرکت است. در این لحظه شیر ناگهان بسته می ­شود که سبب شده سرعت در محل شیر ناگهان به صفر برسد و در اثر تبدیل انرژی جنبشی به فشاری، فشار پشت شیر افزایش می ­یابد. با توجه به اینکه در بالادست (مخزن)، سیال با سرعت v0 به سمت شیر در جریان است، لایه ­های سیال یکی پس از دیگری متراکم شده و موج فشاری با سرعت c به سمت بالادست (مخزن) حرکت کرده و در لحظه t=L/c به مخزن می­ رسد. به دلیل اختلاف فشار بین مخزن و لوله، یک جریان معکوس در لوله شکل می گیرد و آب وارد مخزن شود و موج فشاری به سمت شیر حرکت می کند تا فشار کاهش یابد. موج فشاری در زمان t=2L/c به شیر می­ رسد. در اثر ورود آب به مخزن یک مکش در ناحیه شیر ایجاد شده و سبب کاهش فشار به اندازه ΔH شده است. این موج فشاری با سرعت c در لحظه t=3L/c به مخزن رسیده. در این حالت اگر فشار درون لوله از فشار بخار کمتر باشد پدیده جدایی ستون مایع اتفاق خواهد افتاد. پس از رسیدن موج فشاری به مخزن دوباره شرایط نامتوازنی ایجاد شده و سیال با سرعت به سمت شیر حرکت می­ کند. زمانیکه موج به شیر برسد زمان t=4L/c، شرایط دقیقا شبیه زمان بسته شدن شیر می باشد.

 

ضربه قوچ در پمپ ­ها

در مواقع قطع برق موتور پمپ­ ها (قطع ناگهانی برق یا خاموش کردن ناگهانی پمپ)،  نیرو محرکه دوران­ دهنده پمپ سریع قطع می شود، به همین دلیل سرعت جریان سیال ناگهان تغییر می کند. در اثر این تغییر، امواج فشاری شدیدی در امتداد لوله خروجی پمپ ایجاد شده که این امواج با برخورد به منبع آب منعکس می شوند، موج برگشتی سبب شده جهت جریان سیال در پمپ عوض شود و دبی ماکزیممی در جهت عکس، از پمپ جریان می­ یابد و پمپ به صورت توربین در جهت عکس چرخش اولیه خود شروع به چرخیدن می کند و برای مدت کوتاهی پمپ مانند توربین آبی عمل می کند.

 

راه­ های جلوگیری از پدیده ضربه قوچ

استفاده از لوله کنارگذر (Bypass)

 

لوله کنارگذر

 

یکی از ساده ­ترین روش ­های جلوگیری از خسارات ناشی از ضربه قوچ، استفاده از لوله کنار گذر پمپ همراه با شیر یک طرفه می باشد. با توجه به اینکه افزایش فشار ناشی از ضربه قوچ، نسبت مستقیم با تفاضل سرعت دارد، هرچه سرعت کمتر باشد، تأثیر ضربه قوچ نیز کمتر خواهد بود. بعد از توقف پمپ، فشار در لوله رانش کاهش پیدا کرده و اگر فشار از قسمت مکش پمپ کمتر شود، شیر یکطرفه باز شده و سیال از ناحیه مکش وارد لوله رانش می ­شود تا از کاهش بیشتر فشار جلوگیری ­کند.

 

نصب مخزن موجگیر (Surge Tank)

مخزن موجگیر بر روی لوله رانش پمپ نصب می­ شود. در شرایطی که فشار در داخل لوله افزایش یابد، سیال از داخل لوله وارد مخزن شده و در آن ذخیره می ­شود و همچنین با کاهش فشار در لوله، سیال از مخزن وارد لوله رانش شده و بدین صورت از تغییرات سریع سرعت جلوگیری می شود.

 

مخزن موجگیر

 

این مخازن به صورت یک­ طرفه و دو طرفه ساخته می ­شوند. مخازن دوطرفه همانطور که در بالا توضیح داده شد، در هر دو زمان افزایش و کاهش فشار وارد مدار می شوند. اما در مخازن موجگیر یک طرفه، سیال فقط زمان کاهش فشار، از داخل مخزن به لوله جریان یافته و برگشت سیال از لوله به داخل مخزن به علت نصب شیر یکطرفه امکان ­پذیر نیست.

نصب مخزن هوا (Air Chamber)

 

مخزن هوا

 

مخازن هوا نوعی مخزن موجگیر می باشند، اما به دلیل اینکه تحت فشار قرار می گیرند، می ­توانند در ابعاد کوچک­تر ساخته شوند. این مخازن دارای محفظه­ ای نسبتاً کوچک هستند که هوای فشرده در بالا و آب در پایین ان قرار دارد. در طراحی و انتخاب حجم مخازن هوا باید دقت کرد. اندازه مخزن نباید آنقدر کوچک باشد که به هنگام کاهش فشار، به سرعت خالی شود و سبب ورود هوا به داخل خط لوله شود. همچنین حجم هوای بالای محفظه باید به صورتی انتخاب شود که زمان وارد شدن آب به خطوط لوله، تغییرات فشار هوا زیاد نباشد. اگر این حجم کوچک انتخاب شود، تغییرات فشار آن زیاد بوده و کمکی به کنترل کاهش و افزایش فشار نخواهد کرد. از طرفی حجم بزرگ مخزن نیز باعث بالا رفتن هزینه ها خواهد شد.

 

شیر هوا (Air Valve)

برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون، هنگامی که در اثر پدیده ضربه قوچ در خط لوله خلا ایجاد می شود، شیر هوا باز شده و هوا وارد لوله می شود.

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای مورد نیاز با * مشخص شده است

نوشتن دیدگاه