ضربه قوچ، علل، معایب، راه جلوگیری و فرمول
ضربه قوچ چیست؟
ضربه قوچ، پدیده‌ای مخرب در سیستم‌های لوله‌کشی است که با نام‌های چکش آبی یا Water Hammer نیز شناخته می‌شود و به دلیل تغییرات ناگهانی سرعت سیال رخ می‌دهد. زمانی که به هر دلیلی جریان سیال به طور ناگهانی متوقف شود، انرژی جنبشی سیال در زمان کوتاهی به انرژی فشاری تبدیل می‌شود و امواج ارتعاشی با فشار بالا در لوله ایجاد می‌کند. این امواج با سرعتی معادل سرعت صوت در سیال، در طول لوله به عقب و جلو حرکت می‌کند و می‌تواند پیامدهای مخربی مثل شکستن و ترکیدگی برای لوله‌ها، اتصلات، شیرها و تجهیزات جانبی در مسیر جریان سیال مثل پمپ به همراه داشته باشد.
فرمول ضربه قوچ
همان طور که گفته شد ضربه قوچ نام یک پدیده مخرب در مسیر لوله‌های حاوی سیال است که منجر به افزایش فشار ناگهانی و گاهی شکستگی و ترکیدن لوله‌ها می‌شود. وقتی صحبت از فرمول ضربه قوچ می‌شود، منظور روابطی است که برای محاسبه افزایش فشار ناگهانی ناشی از ضربه قوچ اتفاق می‌افتد.
زمانی که به طور ناگهانی مسیر جریان مسدود می‌شود، فشار ناگهانی افزایش می‌یابد و نیروی شدیدی به لوله و تجهیزات وارد می‌شود. از علم سیالات می‌دانیم این مقدار نیروی اعمالی به دبی جریان و زمان بسته‌شدن مسیر جریان وابسته است. نوسانات فشار ناشی از ضربه قوچ خود را به شکل موج در سیال نشان می‌دهند و در این رابطه باید نکات زیر را توجه داشت:
مقدار سرعت انتشار امواج فشاری ناشی از ضربه قوچ در سیال به مدول بالک سیال و چگالی آن وابسته است.
مدت زمان دوره تناوب امواج، به طول لوله و سرعت انتشار امواج فشاری در آن سیال وابسته است.
و در نهایت مقدار افزایش فشار ناشی از پدیده ضربه قوچ در سیال چگالی، سرعت موج در سیال و سرعت جریان سیال وابسته است.
مثال عینی محاسبه افزایش فشار ناشی از ضربه قوچ
یک پمپ آب سانتریفیوژ، آب را در لوله‌ای به قطر 200 میلی‌متر انتقال می‌دهد. در فاصله 500 متری از پمپ شیر یک طرفه تعبیه شده است. فرض کنید پمپ آب را با سرعت 0.5 متر بر ثانیه پمپاژ می‌کند. به طور ناگهانی شیر بسته می‌شود.
علل وقوع ضربه قوچ
ضربه قوچ زمانی رخ می‌دهد که سرعت جریان سیال در لوله به طور ناگهانی تغییر کند. این تغییر سرعت می‌تواند به دلایل مختلفی مانند موارد زیر اتفاق بیفتد:
بستن ناگهانی شیر: رایج‌ترین علت ضربه قوچ، بستن سریع شیر انتهای لوله است.
خاموش شدن ناگهانی پمپ: توقف ناگهانی پمپ و سایر تجهیزات دوار، سرعت جریان را به طور ناگهانی کاهش داده و برگشت جریان و نوسان موج فشار ایجاد می‌کند که منجر به ضربه قوچ می‌شود.
باز شدن ناگهانی شیر: باز شدن ناگهانی شیر انتهای لوله، می‌تواند موجی از فشار را به سمت ابتدای لوله بفرستد و ضربه قوچ ایجاد کند.
وجود هوا در لوله: وجود هوا در لوله نیز می‌تواند به تشدید ضربه قوچ کمک کند.
استفاده از شیر نامناسب در مسیر جریان سیال: شیرآلات تنوع زیادی دارند و مکانیزم بسته‌شدن آنها با یکدیگر متفاوت است. گاهی امکان انتخاب و نصب شیر مناسب‌تری از لحاظ زمان مسدودکردن جریان وجود دارد ولی این کار انجام نشده است.