مقدمه
ضربه قوچ (Water Hammer)، یک موج فشار در سیال است که به علت توقف ناگهانی یا تغییر در جهت حرکت سیال (تغییر ناگهانی سرعت)، ایجاد می شود. معمولا در سیستم لوله کشی به علت بسته شدن ناگهانی شیر یا روشن و خاموش شدن پمپ رخ می دهد و این موج با سرعت صوت درون سیال حرکت می شود. از جمله عوامل تغییر ناگهانی سرعت سیال (ضربه قوچ)، می توان به موارد زیر اشاره کرد: باز و بسته شدن شیر در سیستم لوله کشی، روشن و خاموش کردن پمپ، ایجاد مقاومت در تجهیزات همانند فیلترها، شیرها و غیره، تغییر در ابعاد لوله و تغییر در جهت جریان.
رابطه موج فشاری
میزان فشار ضربه قوچ برابر با رابطه زیر است.
که a سرعت صوت، fρ چگالی سیال و VΔ تغییر در سرعت است. با تبدیل رابطه فشار به هد، رابطه ای برای هد (H) استخراج می شود. با توجه به اینکه تقریبا نسبت سرعت صوت به شتاب گرانش برابر 100 است، پس هد ایجاد شده به واسطه ضربه قوچ، 100 برابر تغییرات سرعت است.
سرعت انتشار موج وابسته به عواملی از جمله الاستیسیته ی لوله و سیال و مقاومت ساپورت های لوله است.
در تصویر زیر نحوه تشکیل ضربه قوچ مشاهده می شود که به علت بسته شدن ناگهانی شیر و در نتیجه ترکیدن حجم هوا ایجاد می شود.
زمانی که شیر به صورت ناگهانی بسته می شود، موج فشاری از شیر به سمت انتهای لوله حرکت می کند و سپس به سمت شیر باز می گردد. از لحاظ تئوری این موج ادامه دار است ولی در واقعیت به علت اصطکاک این موج آهسته آهسته از بین می رود.
اثرات موج فشاری ضربه قوچ
موج فشاری در امتداد لوله حرکت می کند تا به یک تغییر مقطع برسد و اثرات جبران ناپذیری به جا می گذارد. به عنوان نمونه با برخورد موج فشاری ضربه قوچ به پمپ، امکان شکستن پوسته پمپ وجود دارد (چون فشار در محفظه پمپ به صورت ناگهانی بالا می رود) و حتی امکان جابجایی پمپ را دارد (در این حالت تنظیمات کوپلینگ پمپ به هم می خورد). از جمله اثر انتشار موج فشاری می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
ایجاد نویز در سیستم لوله کشی، آسیب به لوله ها و آسیب به پمپ، شیر و دیگر تجهیزات واقع در مسیر لوله کشی. جهت محافظت از پمپ بایستی از شیر یک طرفه در خروجی پمپ استفاده شود.
روش هایی جهت جلوگیری از آسیب ضربه قوچ
روش های جهت جلوگیری از اثرات مخرب ضربه قوچ وجود دارد که در ادامه به آنها می پردازیم:
کنترل سرعت بسته شدن شیر جهت جلوگیری از ایجاد ضربه قوچ
استفاده از شیر یکطرفه (بهتر است با جک هیدرولیکی دمپر دار باشد) در خروجی پمپ جهت محافظت از پمپ
استفاده از شیر اطمینان جهت تخلیه فشار اضافی وجود مخزن ضربه گیر (surge tank)
کاهش موج فشاری ناشی از روشن و خاموش کردن پمپ
یکی از روش های موثر در کاهش یا حذف موج های فشاری ناشی از روشن و خاموش کردن پمپ، استفاده از پمپ با محرک دور متغیر است. در این حالت پمپ با کمترین سرعت ممکن روشن می شود و آهسته به سرعت نقطه عملکرد خود می رسد. در هنگام خاموش کردن نیز سرعت پمپ به حداقل مقدار خود می رسد و سپس خاموش می شود.
