ضربه قوچ در لوله ها

ضربه قوچ در لوله ها

پدیده ضربه قوچ  (چکش آبی) همان موج های فشاری است.  زمانی که سیال درحرکت، توسط عامل بیرونی از حرکت باز ایستد و یا ناگهان جهت حرکت خود را تغییر دهد، پدیده ضربه قوچ در لوله ها رخ می­ دهد. به بیان دیگر ضربه قوچ بر اثر بسته شدن ناگهانی بستر جریان سیال و یا تغییر جهت سیال همراه با صدا اتفاق می ­افتد.

ضربه قوچ معمولا در زمان بسته شدن شیر آلات در انتهای خطوط لوله کشی رخ می دهد.

موج های فشاری ایجاد شده توسط ضربه قوچ می­ توانند اثرات مخرب بسیاری را به دنبال داشته باشند. در بسیاری از موارد صدا و ارتعاش ایجاد شده توسط این پدیده باعث تغییر شکل لوله­ ها و یا حتی ترکیدگی در آن می­ گردد. در اثر بسته شدن شیری در مسیر جریان، دبی کاهش یافته و در نتیجه شدت جریان کاهش می­ یابد، که این امر باعث کاهش ناگهانی انرژی جنبشی سیال می­ گردد. این کاهش انرژی به صورت افزایش فشار در خطوط لوله ظاهر می شود که برای سیستم اثرات مخربی به همراه خواهد داشت. در اثر ایجاد این پدیده موج­ های فشاری سینوسی در طول لوله با سرعت صوت به حرکت در می ­آیند.

خط لوله­ ای با فشار۵۰ PSIG را در نظر بگیرید در اثر پدیده ضربه قوچ فشار خط به ۲۵۰ تا ۴۵۰ PSIG خواهد رسید. این تغییر در فشار نه تنها روی شیر بلکه در برگشت روی لوله نیز تاثیر میی گذارد و باعث تشدید ضریه و لرزش می ­گردد. اگر اقدامات لازم برای کنترل وجود نداشته باشد این ضربه به شیرها، سوپاپ­ ها، شلنگ اتصالات و … آسیب وارد خواهد کرد.

هر شیری که در سیستم به سرعت بسته شود می ­تواند باعث ایجاد پدیده ضربه قوچ گردد. در سیستم­ های مسکونی، دریچه­ ها معمولا در ماشین لباسشویی، ظرفشویی، وان و دستگاه یخ ساز وجود دارند اما در آشپزخانه، دستشویی و آبپاش چمن­ ها نیز گاهی مشکل ساز میی شود. ممکن است پدیده ضربه قوچ  در خطوط تامین آب گرم و سرد رخ دهد. کلاهک­ های ایستاده یا محفظه هوا راه حل خوبی برای جلوگیری از پدید ضربه قوچ نمی­ باشند. از آنجایی که هیچ سپراتوری در محفظه هوا وجود ندارد در نتیجه آب بدون جداسازی از هوا از محفظه خارج شده و کاملا بی اثر است. تست­ های آزمایشگاهی ثابت می کنند که هوا در فشار استاتیکی و فشار کاری به سادگی نفوذ یافته و به آسانی نیز تخلیه می شود.

کنترل ضربه قوچ در لوله ها

یک راه جلوگیری از ایجاد این پدیده نصب یک سه راهی به جای زانو در محل اتصال لوله قائم به شیر و تعبیه یک قطعه لوله عمودی به ارتفاع ۶۰ سانتی متر در ادامه لوله انشعاب قائم است که در بالای آن یک درپوش قرار می­ گیرد. در این صورت هوا در این قطعه لوله جمع می شود و تشکیل یک بالشتک هوایی را می دهد که با بسته شدن آن، ضربه گرفته شده و مانع ایجاد پدیده ضربه قوچ می­ شود.

روش دیگر استفاده از محفظه­ های قابل شارژ هوا بر روی خطوط لوله آب سرد و گرم است که در شکل ب مشاهده می شود. در این روش پس از مدتی به تدریج هوا در آب حل شده و لوله محتوی هوا پر از آب می گردد، برای جلوگیری از این مشکل می ­توان شیر فلکه پایین را بست و در پوش یا شیر کوچک بالای لوله مخصوص را باز نمود و آب را از طریق شیر برداشت زیر محفظه خالی کرد. آن­گاه با بستن شیر بالای محفظه و باز کردن شیر فلکه پایین مجددا سیستم را راه اندازی کرد. شکل ج نشان­ دهنده یک ضربه­ گیر مخصوص است.

علاوه بر موارد ذکر شده، برای جلوگیری از ایجاد ضربه قوچ باید مخازن یا لوله ها را از پایین پر کرد تا هوا امکان فرار از بالای آن­ ها را داشته باشد. همچنین بهتر است از شیر قطع و وصل سریع نظیر شیر ربع گرد(توپی و سماوری) و شیر برقی در سیستم لوله کشی استفاده نگردد. ساده ­ترین توصیه این است که شیرها به آرامی بسته شوند.

نقش منبع انبساط در کنترل ضربه قوچ

شاید افرادی معتقد باشند که وجود منبع انبساط در سیستم تاسیسات از ضربه قوچ جلوگیری می کند، اما در حقیقت چنین چیزی کاملا صحیح نمی باشد. افزایش فشار در سیستم پیش از آن که به منبع انبساط برسد، درست در شیر یا پس از بسته شدن شیر در برگشت جریان اتفاق می ­افتد و همه چیز را در مسیر خود تحت شعاع قرار خواهد داد. علاوه بر این بر اساس استاندارد ۱۰۱۰ASSE بدنه منابع انبساط خود نیز در اثر ضربه قوچ دچار تنش می شوند و تمام تولیدکنندگان دنیا نیز منابع انبساط خود را در برابر ضربه قوچ ضمانت نمی کنند.

مکان نصب ضربه ­گیرها در سیستم لوله ­کشی

بهتر است، ضربه گیر­ها در صورت امکان به شیر اصلی نزدیک باشند. سازندگان توصیه کرده ­اند که فاصله ۱۸۰ سانتی متری با دریچه خطوط گرم و سرد مناسب است. هر چه ضربه گیرها دورتر باشند اثر کمتری از خود نشان خواهند داد. درست مثل چرخ خودرو که کمک فنرها هر چه به چرخ نزدیک باشند اثرات ضربه را بیشتر می گیرند.

ضرورت نصب ضربه ­گیر در لوله های پلاستیکی

در صورتی­ که پدیده ضربه قوچ رخ دهد، باید بدون در نظر گرفتن جنس لوله کنترل صورت گیرد.  اگرچه لوله ­های پلاستیکی به مراتب کمتر از لوله­ های مسی سر و صدای جریان را منتقل می­ کنند ایجاد می ­کنند، اما انرژی چکش آب همچنان وجود دارد. زمانی که شیر بسته شود تمام انرژی سیال به لوله و اتصالات منتقل می ­گردد و آن­ها فشار زیادی را متحمل می ­شوند تا آن را جذب نمایند. در سرعت ­های بالا مانند سیستم ­های آب­پاش در عرض چند روز پس از نصب ترک خوردگی در لوله ها بر اثر ضربه قوچ مشاهده می­گردد. در سرعت­ های پایین ­تر نیز با گذشت زمان اثرات خود را روی لوله بر جای می گذارد.

مشکلاتی که پدیده ضربه قوچ ایجاد می­ کند

گاهی اوقات قدرت تخریبی این موج ها به حدی است که نتایج وخیمی به بار می آورد. ترکیدن لوله و خط لوله در سیستم های انتقال و شبکه های توزیع، خرابی و شکسته شدن شیرها، دریچه­ های کنترل و پمپ­ ها از نمونه­ های بارز تاثیر این پدیده می­ باشد.