ضربه قوچ ( Water hammer ) که با عنواینی مانند چکش آبی ، چکش سیال ، شوک هیدرولیکی نیز شناخته می شود، در اصل نوعی افزایش فشار یا موج در سیالی ( غالبا" مایع ) است که به طور ناگهانی مسیر آن بسته شده یا تغییر جهت داده می شود. لذا غالبا" ضربه قوچ هنگام بسته شدن یک شیر در انتهای لوله اتفاق می افتد.
ضربه قوچ چیست | انواع ضربه قوچ گیر - ضربه قوچ می تواند باعث مشکلات بسیاری ، از صدا و لرزش گرفته تا خرابی لوله و شیرآلات درون سیستم گردد. اثرات مخرب ضربه قوچ را می توان با وسایلی مانند : منبع ذخیره ، منبع انبساط ، مخزن فشار و ضربه قوچ گیر ، کاهش داد.
تاریخچه :
نخستین بار 100 سال پیش از میلاد، دانشمند رومی به نام مارکوس ویترویوس پولیلو تاثیر ضربه قوچ را در لوله کشی آب عمومی ( که غالبا" به شکل سنگی بوده ) توصیف نمود. این یعنی این اثر حتی پیش از آن که برای آن نامی انتخاب شود. شناخته شده بود. در سال 1772 فردی انگلیسی به نام جان وایت هرست یک ضربه قوچ گیر هیدرولیکی برای خانه ای در شایر انگلیس طراحی کرد. در سال 1796 مخترع فرانسوی به نام جوزف مایکل مونتگولفایر ( 1740 - 1810 ) یک ضربه قوچ گیر هیدرولیکی برای آسیاب بادی در وایرن ساخت. از قرن 19 به بعد که لوله های بزرگ آب رسانی شهری روی کار آمد ، ضربه قوچ به یکی از بزرگترین نگرانی های مهندسین تبدیل شد. همچنین ضربه قوچ مورد توجه فیزیکدان هایی که روی سیستم های سیرکولاتور مطالعه می کردند نیز قرار گرفت.
اگرچه در مطالعات دانشمند توماس یانگ اشاراتی به این پدیده شده است. اما به طور کلی آغاز شکل گیری نظریه ضربه قوچ را از سال 1883 و با مطالعات فیزیولوژیست آلمانی جوناس ون کرایس که در مورد ضربان نبز در رگ های خون علاقه مند شده بود. می توان فرض کرد. اگرچه مهندسین آن زمان هیچ گاه با مطالعات وی در این خصوص آشنا نشدند ولی در سال های بعد مطالعات این فیزیولوژیست توسط داشنمند روسی نیکولای ایگروویچ ژوکوفسکی ، مهندس عمران ژوسف پالمر فرایزل و مهدنس ایتالیایی لورنزو آلیوی مورد استفاده قرار گرفت.
چرایی ضربه قوچ و تاثیرات آن :
هنگامی که لوله در مسیر خروجی ( جریان پایین دست ) بسته می شود، از آنجایی که جرم آب همچنان در حال حرکت است ، باعث بوجود آمد فشار بالا و یک شوک به شکل موج در انتهای ان می شود. در سیستم های دارای پمپ این اثر با یک صدای بسیار بالا شنیده می شود. این فشار حتی اگر به اندازه کافی بالا رود می تواند سبب شکستگی لوله و نشت آن شود. تله های هوا و لوله های عمودی ( رو به بالا ) گاهی به منظور جذب و کاهش اثر پدید آمده در خط لوله نصب می شوند.
به عنوان مثال فرض کنید در یک استگاه توزیع آب شهری ، آب در تونل یا لوله ای در حال حرکت است و ناگهان مسیر آن بسته می شود. اگر فرض کنیم قطر لوله 7.7 متر و طول آن 14 کیلومتر و سرعت حرکت آن 3.75 متر بر ثانیه باشد، در نتیجه انرژی مکانیکی آن چیزی در حدود 8000 مگا ژول خواهد. بود که باید آزاد شود. در چنین مواردی معمولا از یک شفت پرش استفاده می شود. که در بالا باز می شود و آب در آن جریان می یابد. هنگامی که آب در شفت رو به بالا حرکت می کند ، انرژی مکانیکی آن به انرژی پتانسیل تبدیل شده. که باعث کاهش سرعت آن در لوله یا تونل می شود. گاهی اوقات این شفت های پرش به اشتباه با منبع ذخیره آب اشتباه گرفته می شوند.
ضربه قوچ چیست | انواع ضربه قوچ گیر
البته در سیستم های بخار نیز این پدیده بوجود می آید که بسیار برای لوله ها خطرناک است. این پدیده در اثر برخورد بخار به قطرات آب بوجود می آید. به منظور جلوگیری از این اتفاق معمولا" از تله بخار استفاده می شود.
تله بخار جهت جلوگیری از ضربه قوچ
- تله بخار شناوری
- تله بخار ترمودینامیکی
- تله بخار ترموستاتیکی
- تله بخار سطلی
- تله بی متال
تله بخار تنها اجازه عبور آب از خودش را می دهد و اجازه نمی دهد که بخار از آن عبور کند. محل نصب تله بخار ها در انتهای لوله بخار می باشد.
یکی از مشکلاتی که در سیستم های انتقال بخار وجود دارد ضربه قوچ می باشد که در هنگام بروز با سر و صدا همراه است. و صدمه های جدی به لوله ها و اجزا سیستم. مانند تله بخار تخلیه کننده (vents) می زند. در این سیستم ها دو ضربه وجود دارد:
- با عبور بخار از کنار قطرات تقطیر شده در بخش افقی لوله های بخار، ضربه ایجاد می شود. با برخورد بخار سرعت بالا به این قطرات لرزش ایجاد می شود. که در صورتی که حجم این قطرات آب زیاد باشد. و سرعتی نزدیک به سرعت بخار بگیرد، در اثر برخورد به اولین زانویی مسیر ضربه فوق العاده ای به زانویی اعمال می شود و به شکست لوله منجر می شود.
- ضربه دوم که به آن کاویتاسیون هم می گویند بر عکس ضربه بالا می باشد. به این صورت که در لوله آب جریان دارد و در آن حباب های بخار تشکیل می شود. بخار های تشکیل شده بر اثر تبادل حرارت تقطیر می شود و این حباب های بخار ترکیده و پدیده کاویتاسیون یا ضربه رخ می دهد و دوباره همانند بالا باعث آسیب به تله بخار و دیگر اجزا سیستم می شود.
نکات مهم جهت جلوگیری از ضربه قوچ
- لوله بخار از بویلر تا محل تخلیه قطرات بهتر است به صورت شیب دار نصب گردند.
- جهت جلوگیری از تجمع قطرات در هنگام بسته بودن شیر لازم است جایگاه تخلیه قطرات جلوتر از شیر تنظیم بخار قرار گیرد.
- بهتر است صافی های Y شکل که در خطوط بخار نصب شده است، دارای پرده صافی افقی باشد. تا از تجمع قطرات جلوگیری کند.
- بهترین انتخاب برای جلوگیری از ضربه قوچ استفاده از تله ترموستاتیک در مبدل حرارتی می باشد. که در این صورت هوای جمع شده سریعا تخلیه می شود. در صورتی که این قطرات تخلیه نشوند پدیده ضربه قوچ اتفاق می افتد.
- در اغلب مبدل های حرارتی خلا شکن نصب می شود. در صورتی که در پوسته خلا ایجاد شود. شیر خلا شکن باز شده و هوا به داخل مبدل جریان می یابد. در غیر این صورت خلا موجود در لوله باعث تجمع مایع و بروز پدیده ضربه قوچ می شود.
- در صورتی که در خطوط برگشتی کندانس بعد از تخلیه تله بخار افزایش ارتفاعی (lift) داشته باشیم. باعث تخلیه قطرات کندانس می شوند که در این صورت دمای آب خروجی از مبدل نیز تغییر می کند.
ضربه قوچ چیست | انواع ضربه قوچ گیر
در سال ۱۹۳۴ میلادی قدرت تخریبی ضربه قوچ در پروژه‌ای موجب شد. که قطعه‌ای از اطراف خط لوله به وزن ۱۲ تن تا فاصله ۵۰ متر پرتاب شود!
در منازل این اثر ( ضربه قوچ ) هنگام قطع جریان آب توسط ماشین ظرف شویی یا بستن شیر دست شویی به شکل صدای بلند و متناوب رفت و برگشتی شنیده می شود. در سیستم های دارای پمپ این صدا ممکن است به دلیل ضربه شیر یکطرفه نیز باشد. اساسا” شیر یکطرفه از بازگشت آب پر فشار به درون منبع ذخیره آب یا آب شهری جلوگیری می کند.
بزرگی فشار ضربه قوچ و تناوب آن توسط معادلیات دینامیکی قابل محاسبه است که در اینجا از توضیح آن اجتناب می کنیم. بزرگترین فشار وارده به لوله تقریبا” بلافاصله پس از آن که مسیر آن بسته می شود. صورت می گیرد و پس از آن در هر دوره مقدار آن به شکل قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. این مقدار فشار و کاهش آن در نمودار زیر قابل مشاهده است:
ضربه قوچ گیر :
در سیستم های لوله کشی معمولی ( ساختمان ) از محفظه ضربه قوچ گیر استفاده می شود. ضربه قوچ گیر دارای یک محفظه و یک فنر درون آن است که توسط نیروی فشار فنر قدرت این ضربه گرفته می شود.
محل نصب :
همانطور که پیش از این گفته شد یکی از دلایل پیدایش ضربه قوچ بسته شدن ناگهانی مسیر جریان است لذا معمولا” با بسته شدن شیر های پیچی ( چرخشی ) این اثر خیلی نشان داده نمی شود اما در وسایلی مانند ماشین لباس شویی که دارای شیر برقی هستند، چون این بسته شدن به شکل ناگهانی صورت می گیرد ، بهتر است در محل پیدایش این ضربه قوچ یک ضربه قوچ گیر نصب شود که از آن جلوگیری شود. در کاتالوگ ضربه قوچ گیر فارگ این موضوع به خوبی نشان داده شده است. همچنین ضربه قوچ باعث آسیب به اتصالات مانند زانو و … نیز می شود که ممکن است پیش از این اتصالات یک ضربه قوچ گیر نصب شود.
متشکریم که همراه گروه آی ناین هستید،
خوشحال و ممنون میشویم نظر خود را راجع به ضربه قوچ چیست | انواع ضربه قوچ گیر ، در قسمت نظرات برایمان ارسال کنید.
سلام
ما یک ساختمان 5 طبقه هستیم که دارای موتورخانه و شوفاژ هستیم. هنگامی که شیرهای گردش آب در رادیاتورها را باز میکنیم و زمانی که پمپ سیرکولاسیون شروع به گردش آب میکند، صداهای مانند صدای ضربه بعضا از لوله ها شنیده میشود که برخی مواقع خیلی شدید است و در کل ساختمان میپیچد. در حدی که شبها باعث از خواب پریدن ساکنین میشود.
آیا این موضوع هم میتواند نوعی ضربه قوچی باشد؟
ره رفع این مشکل چیست؟
با سلام و احترام، بله امکان دارد ناشی از ضربه قوچ می باشد و باید پمپ های موتور خانه سرویس شوند. لطفا برای اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در تماس باشید.