ضربه قوچ

ضربه قوچ آب ترجمــه واژه Water Hammering از کتاب استریتر و وایلی (1998) می باشد. ضربه قوچ در زمـانی بـه وجود می آید که در مداري با خطوط لوله طولانی به عللی سرعت سیال بطور ناگهانی تغییر کند موجهـاي فشـاري در شبکه بوجود خواهند آمد. این موجها می توانند فشاري چندین برابـر فشـار کـار سیسـتم را تولیـد کننـد و منجـر بـه ترکاندن لوله ها،پوسته پمپها،شل شدن و شکستن اتصالات گوناگون گردند.موجهاي فشاري حاصل از ضربه قـوچی آب معمـولا” بـا سـرعتهاي بـالاي 4500 feet /sec بـوده و مـی توانـد یـک فشـارآنی شـدیدي کـه بعضــی مواقـع بـه 150- 1000 PSI می رسد،تولید کند.به همین دلیل لازم است تا شرایط ایجـاد ایـن امـواج شـناخته شـده و حتـی الامکان با به بکار بردن وسائلی از بالا رفتن فشار تا حد خطرناك جلوگیري به عمل آید.

ضربه قوچ آب پدیده ایست که می توان اثرات آن را در سـیتمهاي تحـت فشـار بـه موجهـاي الکتریکـی و مکـانیکی تشبیه نمود و از این رو گاهی اوقات از این واقعه به عنوان یک پدیده زودگذر یا میـرا (TransientFlow) نام می برند.این حالت یا وضعیت یک نوع آشفتگی موقتی است که در بین دو حالت یا دو وضعیت پایدار جریان اتفـاق می افتد. در واقع مکانیزم ضربه قوچی آب، حساسیت یک سیستم انتقال سیال را در مقابل هر نوع تغییر وضعیت دبی، سرعت و فشارجریان نشان می دهد و چون پدیده ضربه قوچ آب یک حالت زودگذر و موقتی است، لذا پس از آن کـه این موج مستهلک گردید، جریان دوباره به حالت پایدار و دائمی دیگري که متفاوت از حالـت پایـدار اولیـه اسـت مـی رسد.

به بیان دیگر، ضربه قوچ آب که در نتیجه تغییرات دبی یا سرعت رخ می دهد، مقدار معینی نیرو ایجاد می کند که به صورت موج با سرعت ثابت در خط لوله جریان، به طرف بالا دست یا پایین دست، حرکت مـی نمایـد. ایـن مـوج در مسیر حرکت خود به تدریج مستهلک می گردد و پس از مدتی که از رفت و برگشت مـوج سـپري شـد، ایـن سیسـتم ناپایدار یا زودگذر حالت پایدار دیگري می رسد که قابل پیش بینی می باشد.

انتشار انرژي حاصل از وقوع ضربه قوچ شبیه امواج صوت است که در فیزیک از آن به عنوان موجی کـه موجـب تغییـر شکل کشسانی Elastic محیط می گردد، نام برده شده است. درواقع جریانهاي تحت فشار حاوي مومنتمی است که از حاصل ضرب سرعت در جرم سیال بدست می آید. حال با کاهش یا افزایش دبی کـه همـراه بـا کـاهش یـا افـزایش سرعت می باشد، مومنتم سیستم جریان نیز تغییر می یابد، این تغییرات ممنتم به تغییرات فشار تبـدیل مـی شـود و بصورت موج فشار حرکت می کند و نام ضربه قوچی آب به خود می گیرد.

از خصوصیات عمده این پدیده ضربه قوچ ، تغییرات فشار و حرکت موج فشار است کـه در انـدك مـدتی تمـامی سیسـتم انتقـال
جریان را تحت تاثیر قرار می دهد. این امر فقط با موجی که با سرعت زیاد حرکت می کند قابل توجیح می باشد. بایـد توجه نمود که فشار ناشی از ضربه قوچی آب در تحت شرایط مختلف“مکانی و زمانی” تفاوت می نمایـد. گـاهی اوقـات این فشار توسط سیستم انتقال تحمل می گردد و در پاره اي از اوقات موجب متلاشی شدن سیستم انتقال می گردد. با توجه به مسائل گوناگونی که در نتیجه وقوع پدیده ضربه قوچی آب در سیستمهاي انتقـال آب بوجـود مـی آیـد جهـت شناخت کامل و تجزیه و تحلیل این پدیده باید علاوه بر کیفیت و اندازه گیری و آزمایش آب بایستی موارد زیر را در نظر گرفت:

• بررسی نظریه هاي مختلف در باره این پدیده و بررسی معادلات و فرمولهاي لازم براي حل این قبیل مسائل.
• تعیین شرایط مرزي و نوع تجهییزات و تأسیساتی که موجب افزایش یا کاهش سرعت جریان سیال می شود.
• شناخت خصوصیات سیال، نوع و جنس لوله هاي انتقال.
• کنترل و کاهش خطرات ناشی از وقوع فرآیند ضربه قوچ، با وسائل وتجهیزات لازم و یا دسـتورالعملهاي مناسـب در امر بهره برداري از سیستم انتقال سیال.

تشریح ساده پدیده ضربه قوچ آب

به منظور آشنایی با پدیده ضربه قوچ لازم است که ساده ترین سیسـتم ممکـن را در نظـر بگیـریم. ایـن سیستم شامل یک مخزن آب، یک لوله افقی با قطر ثابت و یک شیر به فاصله Lاز مخزن بر روي خط لوله مـی باشـد، شکل زیر. به منظور ساده تر کردن تجزیه و تحلیل پدیده، از اصطکاك سیال در داخل لوله و همچنین از ارتفاع نظیر سرعت به علت ناچیز بودن آن در مقایسه با فشار ناشی از ضربت قوچی آب صرفه نظـر کـرده و در نتیجـه خـط شـیب هیدرولیکی HGL و خط شیب انرژي EL برروي یکدیگر قرار خواهند گرفت.

به مجرد بسته شدن شیر سرعت آب در شیر به صفر مـی رسـد، در نتیجـه ارتفـاع نظیـر فشـار بـه طـور ناگهـانی بـه مقدار DHافزایش می یابد. مقدار DHبرابر اسـت بـا فشـاري کـه لازم اسـت ممنـتم سـیال را کـه داراي سرعتی معـادل Vبـوده را بـه صـفر برسـاند.ایـن افـزایش فشـار باعـث ازدیـاد قطـر لولـه و همچنـین افـزایش جـرم مخصوص(کاهش حجم سیال) می گردد.به علت خواص الاستیکی لوله و سیال ازدیاد قطر و کاهش حجم سیال بستگی به جنس و اندازه قطر لوله و همچنین خاصیت الاستیکی سیال دارد. به طـور کلی براي سیالات و لوله هاي معمولی این تغییرات کمتر از 0/5در صد می باشد.