ضربه قوچ یا چکش آب چیست و بررسی دلایل ایجاد و جلوگیری از آن
مقدمه ای بر ضربه قوچ
ضربه قوچ پدیده ای است که معمولاً در طول جریان سیال رخ می دهد. وجود چکش آب را می توان به راحتی با صدایی که ایجاد می کند تشخیص داد. سر و صدا اثر نهایی چکش آبی نیست، بلکه فقط نشان دهنده آن است. چکش آبی اثرات نامطلوب متعددی بر سیستم های بخار دارد. چکش آب می تواند به تجهیزاتی مانند جریان سنج نصب شده در شبکه بخار آسیب برساند. مواردی مانند پارگی و اختلال در لوله کشی به دلیل ضریه قوچ نیز بسیار رایج است. در موارد معدودی، چکش آب منجر به خطرات فاجعه آمیز شده است. چکش آب نه تنها یک مشکل سیستمی است بلکه یک مسئله ایمنی نیز می باشد. ضربه قوچ را می توان به صورت زیر تعریف کرد:
ضربه قوچ یا چکش آب یک موج فشار یا موجی است که وقتی یک سیال (معمولاً یک مایع اما گاهی اوقات گاز) در حال حرکت مجبور به توقف یا تغییر جهت ناگهانی (تغییر تکانه) می شود، ایجاد می شود.
به محض خروج بخار از دیگ، شروع به از دست دادن حرارت می کند. در نتیجه، متراکم شدن بخار در داخل لوله کار می کند. سرعت تشکیل میعانات به ویژه در هنگام راه اندازی که سیستم سرد است زیاد است. در نتیجه تراکم، قطرات آب تشکیل می شود. این قطرات میعانات در طول لوله های بخار جمع می شوند و یک جریان را تشکیل می دهند. هنگامی که این قطرات با مانعی مانند خم برخورد می کند، ناگهان متوقف می شود. تمام انرژی جنبشی میعانات به انرژی فشار تبدیل می شود که باید توسط کار لوله جذب شود. این امر باعث ایجاد پدیده چکش آبی می شود.
نمونه ای از صدای ضربه قوچ در لوله ها
تشکیل ضربه قوچ
پس از تشکیل میعانات، جریان داخل لوله دارای دو جزء بخار و میعانات می باشد. سرعت جریان بخار بسیار بیشتر از میعانات است. در طول چنین جریان دو فازی، میعانات سنگینی که در انتهای لوله جریان دارد توسط بخار با سرعت بالا کشیده می شود. این منجر به تشکیل آبی می شود که بسیار متراکم تر از بخاری است که با سرعت بخار حرکت می کند. هنگامی که این جریان با هر گونه شکستگی مانند خم یا تجهیزات متوقف می شود، انرژی جنبشی به طور ناگهانی به انرژی فشار تبدیل می شود که باعث ایجاد موج ضربه ای در کل لوله می شود. لوله تا زمانی که این انرژی در سازه هدر نرود به ارتعاش ادامه خواهد داد.
ضربه قوچ تولید شده در سیستم های بازیابی بخار و میعانات معمولا به دو دسته اصلی طبقه بندی می شود:
- ناشی از برخورد میعانات با سرعت بالا به لوله ها و غیره
- ناشی از تراکم ناگهانی بخار، که دیواره های میعان تولید می کند که به یکدیگر برخورد می کنند.
ضربه قوچ ناشی از میعانات با سرعت بالا
اتلاف حرارت تابشی باعث تشکیل میعانات در داخل لوله های انتقال بخار می شود. بخاری که با سرعت زیاد در این لوله جریان دارد، این میعانات را به سمت جلو می کشد و باعث ایجاد امواج می شود. از این تلاطم، میعانات به تدریج شروع به تشکیل می کنند و همراه با بخار حمل می شوند. این شبیه به امواج بلندی است که توسط باد بسیار قوی ایجاد می شود.
در این مورد، چکش آب زمانی اتفاق می‌افتد که این راب‌های میعانات هنگام عبور از لوله‌ها به منحنی یا شیر برخورد کنند.
ضربه قوچ ناشی از تراکم ناگهانی بخار
هنگامی که بخار حرارت خود را از دست می دهد، به میعانات تبدیل می شود که حجم مخصوص آن بیش از 1000 برابر کوچکتر از بخار است. بنابراین هنگامی که بخار با میعانات سردتر تماس پیدا می کند و متراکم می شود، حجم آن فوراً تقریباً کاهش می یابد.
در طی فرآیند تراکم، فضای اشغال شده توسط بخار به طور لحظه ای به خلاء تبدیل می شود و میعانات داخل لوله ها به سمت این خلاء حرکت می کند. این دومین نوع چکش آبی است که به نام چکش آبی «القای بخار» شناخته می‌شود، که زمانی اتفاق می‌افتد که دیواره‌های مواج میعانات به یکدیگر برخورد کنند.
به این ترتیب، برای لوله کشی حاوی مخلوطی از میعانات سرد و بخار خطرناک است. با این حال، این امر در لوله‌کشی بازیابی میعانات و سیستم‌های مشابه معمول است که جلوگیری از این نوع چکش آبی را دشوار میکند.
اگرچه این نوع چکش آب که از بخار ایجاد می شود به سیستم های بازیابی میعانات محدود می شود، چکش آب نیز در خطوط توزیع بخار و تجهیزات استفاده کننده از بخار زمانی که میعانات به سرعت تخلیه نمی شود (چکش آبی) رخ می دهد.
ضربه های قوی می تواند در هر دو نوع چکش آبی که در بالا ذکر شد رخ دهد. با این حال، این اثرات با فرکانس بیشتر در ضربه قوچ ناشی از بخار رخ می دهد.
ویدئوی بالا فیلم واقعی است که توسط TLV از چکش آب ناشی از بخار در لوله‌های برگشتی میعانات شفاف گرفته شده است. این نوع چکش آب می تواند زمانی اتفاق بیفتد که حفره های بخار در خطوط بازیابی میعانات فرو بریزند.
دمای میعانات چگونه بر ضربه قوچ تأثیر می گذارد؟
قبلاً اعتقاد بر این بود که هرچه دمای میعانات کمتر باشد، چکش آب حاصل بیشتر است. با این حال، آزمایش های انجام شده در TLV یک واقعیت شگفت انگیز را نشان داد. مشخص شد که شدیدترین ضربه‌های چکش آب زمانی اتفاق می‌افتد که میعانات در دمای کمی پایین‌تر از دمای بخار باشد.
به طور خاص، در دمای بخار 100 درجه سانتیگراد، مشخص شد که میعانات بین 70 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد باعث ایجاد چکش آب در مقیاس بزرگتر از میعانات بین 50 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد می شود.
در واقع، ضربه ناشی از چکش آبی را می توان به صورت ریاضی محاسبه کرد، و نتایج چنین محاسباتی، رابطه قوی بین شدت چکش آبی و حجم بخار متراکم کننده نشان می دهد.
با نگاهی دقیق تر به نمودار، سه ناحیه از دمای میعانات را می توان شناسایی کرد:
- در سمت چپ نمودار، بخار با میعانات سرد در تماس است و بلافاصله متراکم می شود. در این حالت، تراکم در مقیاس حباب‌های بخار کوچک اتفاق می‌افتد و حباب بزرگ نمی‌توانند تشکیل شوند، بنابراین فقط ضربه قوچ کوچکی رخ میدهد.
- بخش میانی نگرانی بیشتری دارد. به دلیل اختلاف دمای نسبتاً کم 20 تا 30 درجه سانتی گراد بین میعانات و بخار، بخار به یکباره متراکم نمی شود، بلکه به تدریج متراکم می شود. همانطور که فرآیند تراکم به آرامی اتفاق می افتد، به نقطه ای می رسد که ناگهان تمام بخار متراکم می شود. تأخیر ایجاد شده بین زمان تماس بخار با میعانات و زمان متراکم شدن ناگهانی آن چیزی است که اجازه می دهد تا حباب های بزرگتر بخار و در نتیجه ضربه قوچ بزرگتر ایجاد شود.
- در سمت راست نمودار، بخار با میعانات هم دما در تماس است. در این حالت فورا متراکم نمی شود و ضربه قوچ رخ نمی دهد. این را می توان از این واقعیت تأیید کرد که چکش آب درست در خروجی تله بخار که در آن میعانات اشباع شده با بخار فلاش با همان دما وجود دارد، ظاهر نمی شود.
می دانیم که میعانات بین 70 تا 80 درجه سانتیگراد باعث افزایش اندازه حباب های بخار و در نتیجه شدیدترین چکش آب می شود.
چه چیزی باعث ضربه قوچ می شود
بسیاری از ما در هنگام بسته شدن شیر، ضربه زدن به لوله ها را تجربه کرده ایم. این معمولاً توسط یک سیستم فشار اصلی که در فشار بالا است ایجاد می شود. شایع ترین علل عبارتند از:
شل شدن لوله ها
اگر لوله‌ها به درستی محکم نشده باشند، حتی ملایم‌ترین موج ضربه‌ای نیز می‌تواند ضربه‌های بلندی ایجاد کند. لوله ها باید در هر چند متر به طور ایمن بر روی یک سطح محکم ثابت شوند. توجه داشته باشید که ممکن است لوله های پنهانی داشته باشید که زیر زمین یا کارهای چوبی اجرا می شوند. مطمئن شوید که تسمه، پیچ یا تیرچه شل نشده است. رایج ترین مناطق برای یافتن لوله های شل شده در انبار یا یک کمد هواکش است. کار ساختمانی همچنین ممکن است باعث شل شدن لوله های تامین آب شود و اثرات چکش آب را افزایش دهد.
لوازم آشپزخانه جدید
اگر ضربه پس از نصب ماشین لباسشویی یا ماشین ظرفشویی جدید شروع شده باشد، احتمالاً مشکل از شیرهای برقی است. ماشین ظرفشویی و ماشین لباسشویی دارای منبع آب هستند که توسط شیرهای برقی کنترل می شود. اینها با برق کار می کنند و بلافاصله جریان آب را متوقف می کنند. هنگامی که این اتفاق می افتد، آب به سمت لوله منعکس می شود و یک موج ضربه ای ایجاد می کند که باعث انفجار می شود.
دریچه های توقف فرسوده
ضربه قوچ ممکن است ناشی از فرسوده شدن شیرهای توقف نیز باشد. دریچه های توقف اگر اتصالات شل و یا واشرهای فرسوده داشته باشند می توانند باعث ایجاد چکش آب شوند. هنگامی که موج ضربه ای چکش آب از لوله عبور می کند و موج ضربه ای به شیر برسد و ارتعاش ناشی را به جامپر شل منتقل کند، می تواند باعث معیوب شدن شیر و در نتیجه باز ماندن همیشگی آن شود.
محفظه های هوا مسدود شده است
اگر هرگز چکش آبی نداشته اید و یک روز ناگهان آن را به طور ناگهانی تجربه می کنید، احتمالاً محفظه های هوای سیستم آب شما مسدود شده است. این اتاقک ها اغلب با آب یا بقایای مواد معدنی موجود در آب مسدود می شوند. انسداد محفظه را از جذب فشار در سیستم شما باز می دارد و در نتیجه، گاه به گاه صدای انفجار مانندی را خواهید شنید.
امواج آب از مخزن
یکی دیگر از دلایل چکش زدن لوله ها، امواج آب است که توسط یک شیر شناور در داخل مخزن آب ایجاد می شود. هنگامی که آب به مخزن جریان می یابد، شناور دریچه بالا و پایین می رود و به طور مداوم دریچه را بسته و باز می کند. این یک “سیستم موج” ایجاد می کند که در طول لوله ها طنین انداز می شود و باعث ایجاد صدای چکش می شود. مخازن آب پلاستیکی می توانند به میزان قابل توجهی خم شوند، بنابراین باید یک صفحه تقویت کننده (فلزی) برای جلوگیری از حرکت آنها داشته باشند.
بسته شدن سریع شیر ها
یکی از دلایل رایج چکش آب می تواند شیرهای سریع در وسایلی مانند ماشین لباسشویی یا ماشین ظرفشویی باشد. این دریچه ها به طور ناگهانی آبی که در طول لوله ها در حال حرکت است را متوقف می کنند. یک موج ضربه ای ایجاد می شود و این باعث می شود که لوله ها بلرزند و باعث ضربه زدن می شود. با فرسوده شدن سوپاپ ها، ضربه شدیدتر می شود.
چگونه ضربه قوچ را متوقف کنیم
چکش آب فقط تحریک کننده نیست و می تواند به اجزای مختلف سیستم لوله کشی و پمپاژ شما نیز آسیب برساند. به همین دلیل مهم است که در اسرع وقت از شر چکش آب خلاص شوید. شل شدن لوله یا ارزش توقف فرسوده ممکن است چند میلیون تومان برای شما هزینه داشته باشد.
لوله های شل را ایمن کنید
شل بودن لوله‌ها امواج ضربه‌ای ملایم را به ضربه‌های شدید تبدیل می‌کنند، می‌توانید با محکم کردن بست های لوله، اضافه کردن بست های لوله جدید یا سفت کردن ناودانی یا تیرچه‌ها از آن جلوگیری کنید.
به یاد داشته باشید، هنگام محکم کردن لوله ها، فلزات مختلف را ترکیب نکنید. برای محکم کردن لوله مسی نباید از تسمه فولادی استفاده کرد و یا بالعکس. فلزات مختلف می توانند از نظر شیمیایی واکنش داده و باعث خوردگی فلز شوند.
اگر لوله های مشکل دار در مناطق مخفی قرار دارند، به احتمال زیاد به یک لوله کش نیاز دارید که با بیرون آوردن لوله، به شما کمک کند تا مشکل را پیدا کنید.
لوله ها را در عایق فوم بپیچید
ایده دیگر این است که لوله ها را در عایق فوم بپیچید. فوم باید با جذب امواج ضربه ای به جلوگیری از ضربه زدن کمک کند. این همچنین می تواند به جلوگیری از یخ زدن لوله ها در زمستان کمک کند. اطمینان حاصل کنید که فضایی را برای انبساط در اطراف لوله بگذارید.
ماشین لباسشویی یا ظرفشویی را تعمیر کنید
اگر ضربه زدن فقط هنگام استفاده از ماشین لباسشویی یا ماشین ظرفشویی اتفاق می افتد، احتمالاً مشکل از شیر برقی است. شیر برقی جزئی از دستگاه شما است که برای قطع جریان آب استفاده می شود. اگر زمان پاسخگویی شیر برقی خیلی سریع باشد، سیال داخل شیر به طور ناگهانی متوقف می شود. در این حالت، سیال مانند یک موج منعکس می شود و باعث ایجاد یک موج ضربه ای به لوله می شود که به عنوان یک انفجار می شنوید. راه حل ساده این است که یک شیر برقی یا نوع دیگری از شیر را انتخاب کنید که زمان پاسخگویی کمتری دارد.
یک تنظیم کننده فشار آب نصب کنید
یکی از دلایل رایج چکش آب فشار بالای آب است. اگر فشار شما نزدیک به 100 psi است، احتمالاً دلیل مشکل شماست. فشار نرمال باید تقریباً 30 تا 55 psi باشد.
برای حل این مشکل، نصب یک تنظیم کننده فشار آب را در نظر داشته باشید. یک تنظیم کننده فشار که در نزدیکی خط اصلی آب نصب شده، آب در حال حرکت و فشار آب ورودی به خانه شما را کنترل می کند.
در حالی که تنظیم کننده های فشار آب می توانند گران باشند، اما مهم هستند زیرا به محافظت از وسایل گران قیمت وابسته به آب مانند ماشین ظرفشویی، ماشین لباسشویی و توالت کمک می کنند.
توجه: اگر نیاز به تست فشار آب دارید، می توانید یک گیج فشار آب خانگی را از اکثر فروشگاه ها با کیفیت بالا خریداری کنید.
یک اتاقک هوا نصب کنید
از طرف دیگر، اگر یک شیر کاهش فشار از بودجه شما خارج است، یک محفظه هوا نصب شده در نزدیکی شیرهای مشکل دار می تواند مشکل شما را حل کند.
این کار معمولا شامل یک لوله کش واجد شرایط است که در محل کار می کند تا یک لوله عمودی کوچک را در نزدیکی هر یک از شیرهای مشکل نصب کند.
در اصل، هنگامی که دریچه های آب بسته می شوند، لوله های عمودی به عنوان یک محفظه هوا عمل می کنند و هوا را جذب می کنند و از انفجار جلوگیری می کنند.
مشکل اصلی این روش این است که لوله معمولاً با آب پر می شود و کار محفظه را متوقف می کند. سپس برای تعمیر محفظه باید سیستم را تخلیه کنید.
نصب شوک گیر مکانیکی آب
برای جایگزینی پیچیده تر برای کاهش چکش آب، گزینه دیگر نصب “ضربه قوچ گیر” است.
به جای نصب یک لوله عمودی در نزدیکی شیرها برای جذب و جذب فشار، افراد از ترکیب فنرها و پیستون ها برای کنترل حرکت آب و کاهش امواج ضربه ای استفاده می کنند.
در حالی که این مکانیزم گرانتر از محفظه هوا خواهند بود، نکته ای مهم این است که لازم نیست هر چند ماه یکبار نگران تخلیه آب از محفظه باشید.
تصویر بالا میزان کاهش نویز امواج ناشی از ضربه قوچ را با استفاده از مکانیز توضیح داده، نشان میدهد.
همانطور که توضیح داده شد، ضربه قوچ می تواند ناشی از پمپ هم باشد و ما می دانیم که پمپ های مختلف، ویژگی های متفاوتی نسبت به هم دارند. نمودار زیر ضربه قوچ ناشی از چند پمپ را مقایسه میکند.
منابع:
دیدگاهتان را بنویسید