۱/مفهوم

ضربه قوچ همچنین به عنوان ضربه قوچ آب شناخته می‌شود. در حین انتقال آب (یا سایر مایعات)، به دلیل باز یا بسته شدن ناگهانی ...شیر پروانه ای API, شیرهای دروازه‌ای، دریچه‌ها را بررسی کنید وشیرهای توپیتوقف ناگهانی پمپ‌های آب، باز و بسته شدن ناگهانی پره‌های راهنما و غیره، سرعت جریان به طور ناگهانی تغییر می‌کند و فشار به طور قابل توجهی نوسان می‌کند. اثر ضربه قوچ یک اصطلاح واضح است. این اصطلاح به یک ضربه قوچ شدید ناشی از ضربه جریان آب بر روی خط لوله هنگام روشن و خاموش شدن پمپ آب اشاره دارد. زیرا در داخل لوله آب، دیواره داخلی لوله صاف است و آب آزادانه جریان می‌یابد. هنگامی که یک شیر باز به طور ناگهانی بسته می‌شود یا پمپ آبرسانی متوقف می‌شود، جریان آب فشاری بر روی شیر و دیواره لوله، عمدتاً شیر یا پمپ، ایجاد می‌کند. از آنجا که دیواره لوله صاف است، تحت تأثیر اینرسی جریان آب بعدی، نیروی هیدرولیکی به سرعت به حداکثر می‌رسد و اثرات مخربی ایجاد می‌کند. این "اثر ضربه قوچ" در هیدرولیک است، یعنی ضربه قوچ مثبت. در مقابل، هنگامی که یک شیر بسته به طور ناگهانی باز می‌شود یا پمپ آب روشن می‌شود، ضربه قوچ نیز رخ می‌دهد که به آن ضربه قوچ منفی گفته می‌شود، اما به بزرگی مورد قبلی نیست. ضربه فشاری باعث می‌شود دیواره لوله تحت فشار قرار گیرد و صدایی ایجاد کند، درست مانند ضربه چکش به لوله، به همین دلیل به آن اثر ضربه قوچ می‌گویند.

۲/خطرات

فشار لحظه‌ای ایجاد شده توسط ضربه قوچ می‌تواند به ده‌ها یا حتی صدها برابر فشار عملیاتی عادی در خط لوله برسد. چنین نوسانات فشار زیادی می‌تواند باعث لرزش یا سر و صدای شدید در سیستم خط لوله شود و ممکن است به اتصالات شیر ​​آسیب برساند. این امر تأثیر بسیار مخربی بر سیستم لوله‌کشی دارد. برای جلوگیری از ضربه قوچ، سیستم خط لوله باید به درستی طراحی شود تا از افزایش بیش از حد سرعت جریان جلوگیری شود. به طور کلی، سرعت جریان طراحی شده لوله باید کمتر از 3 متر بر ثانیه باشد و سرعت باز و بسته شدن شیر باید کنترل شود.
از آنجا که پمپ شروع به کار می‌کند، متوقف می‌شود و شیرها خیلی سریع باز و بسته می‌شوند، سرعت آب به شدت تغییر می‌کند، به خصوص ضربه قوچ ناشی از توقف ناگهانی پمپ، که می‌تواند به خطوط لوله، پمپ‌های آب و شیرها آسیب برساند و باعث شود پمپ آب معکوس عمل کند و فشار شبکه لوله را کاهش دهد. اثر ضربه قوچ بسیار مخرب است: اگر فشار خیلی زیاد باشد، باعث پارگی لوله می‌شود. برعکس، اگر فشار خیلی کم باشد، باعث فرو ریختن لوله و آسیب به شیرها و اتصالات می‌شود. در مدت زمان بسیار کوتاهی، سرعت جریان آب از صفر به سرعت جریان نامی افزایش می‌یابد. از آنجایی که مایعات دارای انرژی جنبشی و درجه خاصی از تراکم‌پذیری هستند، تغییرات زیاد در سرعت جریان در مدت زمان بسیار کوتاه باعث ایجاد اثرات فشار بالا و پایین بر روی خط لوله می‌شود.

۳/تولید کردن

دلایل زیادی برای ایجاد ضربه قوچ وجود دارد. عوامل رایج به شرح زیر هستند:

۱. شیر ناگهان باز یا بسته می‌شود؛

۲. پمپ آب ناگهان خاموش یا روشن می‌شود؛

۳. یک لوله واحد، آب را به مکانی مرتفع منتقل می‌کند (اختلاف ارتفاع زمین آبرسانی بیش از ۲۰ متر است)؛

۴. کل نیروی بالابری (یا فشار کاری) پمپ آب زیاد است؛

۵. سرعت جریان آب در خط لوله آب خیلی زیاد است.

۶. خط لوله آب خیلی طولانی است و زمین به شدت تغییر می‌کند.
۷. ساخت و ساز نامنظم یک خطر پنهان در پروژه‌های خط لوله آبرسانی است
(1) به عنوان مثال، تولید پایه‌های بتنی پیشران برای سه‌راهی‌ها، زانویی‌ها، کاهنده‌ها و سایر اتصالات، الزامات را برآورده نمی‌کند.
طبق «مقررات فنی مهندسی خط لوله آبرسانی پلی وینیل کلراید سخت مدفون»، پایه‌های رانشی سیمانی باید در اتصالاتی مانند سه راهی، زانویی، کاهنده و سایر لوله‌ها با قطر ≥110 میلی‌متر نصب شوند تا از حرکت خط لوله جلوگیری شود. «پایه‌های رانشی بتنی» نباید از درجه C15 پایین‌تر باشند و باید در محل روی فونداسیون خاک اصلی حفاری شده و شیب ترانشه ریخته شوند. برخی از طرف‌های ساختمانی به نقش پایه‌های رانشی توجه کافی ندارند. آنها یک میخ چوبی یا یک شاخک آهنی را در کنار خط لوله میخ می‌کنند تا به عنوان پایه رانشی عمل کند. گاهی اوقات حجم پایه سیمانی خیلی کم است یا روی خاک اصلی ریخته نمی‌شود. از سوی دیگر، برخی از پایه‌های رانشی به اندازه کافی قوی نیستند. در نتیجه، در طول عملیات خط لوله، پایه‌های رانشی نمی‌توانند کار کنند و بی‌فایده می‌شوند و باعث می‌شوند اتصالات لوله مانند سه راهی و زانویی از تراز خارج شده و آسیب ببینند.
(2) شیر تخلیه اتوماتیک نصب نشده است یا موقعیت نصب غیرمنطقی است.
طبق اصل هیدرولیک، شیرهای تخلیه خودکار باید در نقاط مرتفع خطوط لوله در مناطق کوهستانی یا تپه‌هایی با ناهمواری‌های زیاد طراحی و نصب شوند. حتی در مناطق دشتی با زمین‌های ناهموار کوچک، خطوط لوله هنگام حفر ترانشه باید به صورت مصنوعی طراحی شوند. پستی و بلندی‌ها، بالا و پایین رفتن‌ها به صورت چرخه‌ای وجود دارد، شیب کمتر از 1/500 نیست و 1-2 شیر تخلیه در بالاترین نقطه هر کیلومتر طراحی شده است. ​
زیرا در طول فرآیند انتقال آب در خط لوله، گاز موجود در خط لوله خارج شده و در قسمت‌های برآمده خط لوله تجمع می‌یابد و حتی باعث انسداد هوا می‌شود. هنگامی که سرعت جریان آب در خط لوله نوسان می‌کند، حباب‌های هوای تشکیل شده در قسمت‌های برآمده همچنان فشرده و منبسط می‌شوند و گاز فشرده خواهد شد. فشار تولید شده پس از فشرده‌سازی ده‌ها یا حتی صدها برابر بیشتر از فشار تولید شده پس از فشرده‌سازی آب است (حساب عمومی: پمپ باتلر). در این زمان، این بخش از خط لوله با خطرات پنهان ممکن است منجر به موقعیت‌های زیر شود:
• پس از عبور آب از بالادست لوله، آب چکه کننده در پایین دست ناپدید می‌شود. این به این دلیل است که کیسه هوای داخل لوله، جریان آب را مسدود می‌کند و باعث جداسازی ستون آب می‌شود. ​
• گاز فشرده شده در خط لوله تا حداکثر حد فشرده شده و به سرعت منبسط می‌شود و باعث پارگی خط لوله می‌گردد.
• هنگامی که آب از یک منبع آب با ارتفاع زیاد با سرعت مشخصی توسط جریان ثقلی به پایین دست منتقل می‌شود، پس از بسته شدن سریع شیر بالادست، به دلیل اینرسی اختلاف ارتفاع و سرعت جریان، ستون آب در لوله بالادست بلافاصله متوقف نمی‌شود. همچنان با سرعت مشخصی حرکت می‌کند. سرعت به سمت پایین دست جریان می‌یابد. در این زمان، به دلیل عدم امکان جایگزینی به موقع هوا، خلاء در خط لوله ایجاد می‌شود و باعث می‌شود خط لوله در اثر فشار منفی خالی شده و آسیب ببیند.
(3) خاک ترانشه و خاکریز مطابق با مقررات نیست.
ترانشه‌های غیرمجاز اغلب در مناطق کوهستانی دیده می‌شوند، عمدتاً به این دلیل که در برخی مناطق سنگ‌های زیادی وجود دارد. این ترانشه‌ها به صورت دستی حفر می‌شوند یا با مواد منفجره منفجر می‌شوند. کف ترانشه به طور جدی ناهموار است و سنگ‌های تیزی از آن بیرون زده است. در مواجهه با این مشکل، در این حالت، طبق مقررات مربوطه، سنگ‌های کف ترانشه باید برداشته شوند و بیش از 15 سانتی‌متر شن و ماسه قبل از نصب خط لوله، سنگفرش شود. با این حال، کارگران ساختمانی بی‌مسئولیت بودند یا گوشه‌ها را بریده و مستقیماً شن و ماسه را بدون سنگفرش کردن یا به صورت نمادین مقداری شن و ماسه، روی آن قرار دادند. خط لوله روی سنگ‌ها گذاشته می‌شود. هنگامی که خاکریزی تکمیل شد و آب به بهره‌برداری رسید، به دلیل وزن خود خط لوله، فشار عمودی زمین، بار وسیله نقلیه روی خط لوله و نیروی جاذبه، توسط یک یا چند سنگ تیز برجسته در پایین خط لوله پشتیبانی می‌شود. تمرکز بیش از حد تنش، خط لوله به احتمال زیاد در این نقطه آسیب دیده و در امتداد یک خط مستقیم در این نقطه ترک می‌خورد. این چیزی است که مردم اغلب آن را "اثر شیاردار شدن" می‌نامند.

۴/اقدامات

اقدامات حفاظتی زیادی برای ضربه قوچ وجود دارد، اما بسته به علل احتمالی ضربه قوچ، اقدامات متفاوتی باید انجام شود.
۱. کاهش دبی خطوط لوله آب می‌تواند تا حدودی فشار ضربه قوچ را کاهش دهد، اما قطر خطوط لوله آب را افزایش داده و سرمایه‌گذاری پروژه را افزایش می‌دهد. هنگام جانمایی خطوط لوله آب، باید به جلوگیری از ایجاد برآمدگی یا تغییرات شدید شیب توجه شود تا طول خط لوله آب کاهش یابد. هرچه خط لوله طولانی‌تر باشد، مقدار ضربه قوچ هنگام توقف پمپ بیشتر می‌شود. از یک ایستگاه پمپاژ تا دو ایستگاه پمپاژ، از یک چاه مکش آب برای اتصال دو ایستگاه پمپاژ استفاده می‌شود.
ضربه قوچ هنگام توقف پمپ

اصطلاحاً ضربه قوچ ناشی از توقف پمپ به پدیده شوک هیدرولیکی ناشی از تغییرات ناگهانی سرعت جریان در پمپ آب و لوله‌های فشار هنگام باز و بسته شدن شیر به دلیل قطع ناگهانی برق یا دلایل دیگر اشاره دارد. به عنوان مثال، خرابی سیستم برق یا تجهیزات الکتریکی، خرابی گاه به گاه واحد پمپ آب و غیره ممکن است باعث شود پمپ گریز از مرکز شیر را باز کرده و متوقف شود و در نتیجه هنگام خاموش شدن پمپ، ضربه قوچ رخ دهد. اندازه ضربه قوچ هنگام خاموش شدن پمپ عمدتاً به هد هندسی اتاق پمپ مربوط می‌شود. هرچه هد هندسی بالاتر باشد، مقدار ضربه قوچ هنگام خاموش شدن پمپ بیشتر است. بنابراین، باید هد پمپ معقولی بر اساس شرایط واقعی محلی انتخاب شود.

حداکثر فشار ضربه قوچ هنگام خاموش شدن پمپ می‌تواند به ۲۰۰٪ فشار کاری عادی یا حتی بالاتر برسد که می‌تواند خطوط لوله و تجهیزات را از بین ببرد. حوادث عمومی باعث "نشت آب" و قطع آب می‌شوند. حوادث جدی باعث آبگرفتگی اتاق پمپ، آسیب دیدن تجهیزات و تأسیسات و حتی آسیب دیدن افراد یا مرگ می‌شوند.

پس از توقف پمپ به دلیل حادثه، قبل از روشن کردن پمپ، صبر کنید تا لوله پشت شیر اطمینان از آب پر شود. هنگام روشن کردن پمپ، شیر خروجی پمپ آب را کاملاً باز نکنید، در غیر این صورت ضربه بزرگی به پمپ وارد خواهد شد. حوادث بزرگ ضربه قوچ در بسیاری از ایستگاه‌های پمپاژ اغلب در چنین شرایطی رخ می‌دهد.

۲. دستگاه حذف ضربه قوچ را راه‌اندازی کنید
(1) استفاده از فناوری کنترل ولتاژ ثابت
یک سیستم کنترل اتوماتیک PLC برای کنترل پمپ با سرعت فرکانس متغیر و کنترل خودکار عملکرد کل سیستم پمپ خانه آبرسانی استفاده می‌شود. از آنجایی که فشار شبکه لوله کشی آبرسانی با تغییر شرایط کاری همچنان در حال تغییر است، اغلب در حین کار سیستم، فشار کم یا فشار بیش از حد رخ می‌دهد که می‌تواند به راحتی باعث ضربه قوچ شود و منجر به آسیب به خطوط لوله و تجهیزات شود. یک سیستم کنترل اتوماتیک PLC برای کنترل شبکه لوله کشی استفاده می‌شود. تشخیص فشار، کنترل بازخورد شروع و توقف پمپ آب و تنظیم سرعت، کنترل جریان و در نتیجه حفظ فشار در یک سطح مشخص. فشار آب پمپ را می‌توان با کنترل میکروکامپیوتر تنظیم کرد تا فشار ثابت آب حفظ شود و از نوسانات بیش از حد فشار جلوگیری شود. احتمال ضربه قوچ کاهش می‌یابد.
(2) حذف کننده ضربه قوچ را نصب کنید
این دستگاه عمدتاً از ضربه قوچ هنگام توقف پمپ جلوگیری می‌کند. این دستگاه عموماً در نزدیکی لوله خروجی پمپ آب نصب می‌شود. از فشار خود لوله به عنوان نیرو برای ایجاد عملکرد خودکار فشار پایین استفاده می‌کند. یعنی وقتی فشار در لوله کمتر از مقدار حفاظت تعیین شده باشد، دریچه تخلیه به طور خودکار برای تخلیه آب باز می‌شود. از فشارشکن برای متعادل کردن فشار خطوط لوله محلی و جلوگیری از تأثیر ضربه قوچ بر تجهیزات و خطوط لوله استفاده می‌شود. حذف‌کننده‌ها را می‌توان به طور کلی به دو نوع مکانیکی و هیدرولیکی تقسیم کرد. حذف‌کننده‌های مکانیکی پس از عمل به صورت دستی بازیابی می‌شوند، در حالی که حذف‌کننده‌های هیدرولیکی را می‌توان به طور خودکار تنظیم مجدد کرد.
(3) یک شیر یکطرفه با بسته شدن آهسته روی لوله خروجی پمپ آب با قطر بزرگ نصب کنید.

این می‌تواند به طور موثری ضربه قوچ را هنگام توقف پمپ از بین ببرد، اما به دلیل اینکه مقدار مشخصی از آب هنگام ... دوباره جریان می‌یابد.API 609اگر شیر فعال باشد، چاه مکش آب باید دارای لوله سرریز باشد. دو نوع شیر یکطرفه با بسته شدن آهسته وجود دارد: نوع چکشی و نوع ذخیره انرژی. این نوع شیر می‌تواند زمان بسته شدن شیر را در محدوده خاصی در صورت نیاز تنظیم کند (به دنبال آن باشید: پمپ باتلر). به طور کلی، شیر ظرف 3 تا 7 ثانیه پس از قطع برق، 70 تا 80 درصد بسته می‌شود. زمان بسته شدن 20 تا 30 درصد باقی مانده با توجه به شرایط پمپ آب و خط لوله، معمولاً در محدوده 10 تا 30 ثانیه، تنظیم می‌شود. شایان ذکر است که وقتی برآمدگی در خط لوله وجود دارد و ضربه قوچ رخ می‌دهد، نقش شیر یکطرفه با بسته شدن آهسته بسیار محدود است.
(4) یک برج تنظیم فشار یک طرفه نصب کنید
این برج در نزدیکی ایستگاه پمپاژ یا در مکانی مناسب روی خط لوله ساخته می‌شود و ارتفاع برج تنظیم فشار یک طرفه کمتر از فشار خط لوله در آنجا است. هنگامی که فشار در خط لوله کمتر از سطح آب در برج باشد، برج تنظیم فشار، آب را به خط لوله بازمی‌گرداند تا از شکستن ستون آب و ایجاد ضربه قوچ جلوگیری کند. با این حال، اثر کاهش فشار آن بر روی ضربه قوچ غیر از ضربه قوچ ناشی از توقف پمپ، مانند ضربه قوچ ناشی از بسته شدن شیر، محدود است. علاوه بر این، عملکرد شیر یک طرفه مورد استفاده در برج تنظیم فشار یک طرفه باید کاملاً قابل اعتماد باشد. هنگامی که شیر خراب شود، ممکن است باعث ایجاد یک ضربه قوچ بزرگ شود.
(5) یک لوله بای پس (شیر) در ایستگاه پمپ نصب کنید
وقتی سیستم پمپ به طور عادی کار می‌کند، شیر یکطرفه بسته است زیرا فشار آب در سمت فشار پمپ بیشتر از فشار آب در سمت مکش است. هنگامی که قطع برق تصادفی ناگهان پمپ را متوقف می‌کند، فشار در خروجی ایستگاه پمپ آب به شدت کاهش می‌یابد، در حالی که فشار در سمت مکش به شدت افزایش می‌یابد. تحت این اختلاف فشار، آب پرفشار گذرا در لوله اصلی مکش آب، صفحه شیر یکطرفه را باز می‌کند و به سمت آب کم‌فشار گذرا در لوله اصلی آب فشار جریان می‌یابد و باعث افزایش فشار کم آب در آنجا می‌شود. از سوی دیگر، پمپ آب افزایش فشار ضربه قوچ در سمت مکش را نیز کاهش می‌دهد. به این ترتیب، افزایش و افت فشار ضربه قوچ در دو طرف ایستگاه پمپ آب کنترل می‌شود و در نتیجه خطرات ضربه قوچ به طور مؤثر کاهش یافته و از آن جلوگیری می‌شود.
(6) یک شیر یکطرفه چند مرحله‌ای نصب کنید
در یک خط لوله آب طولانی، یک یا چند مورد اضافه کنیدشیرهای کنترلیخط لوله آب را به چند بخش تقسیم کنید و روی هر بخش یک شیر یکطرفه نصب کنید. هنگامی که آب درون لوله آب در طول ضربه قوچ به عقب برمی‌گردد، هر شیر یکطرفه یکی پس از دیگری بسته می‌شود تا جریان برگشتی را به چند بخش تقسیم کند. از آنجایی که هد هیدرواستاتیک در هر بخش از لوله آب (یا بخش جریان برگشتی) بسیار کوچک است، سرعت جریان آب کاهش می‌یابد. افزایش ضربه قوچ. این اقدام حفاظتی می‌تواند به طور موثر در موقعیت‌هایی که اختلاف ارتفاع هندسی تامین آب زیاد است، مورد استفاده قرار گیرد. اما نمی‌تواند احتمال جداسازی ستون آب را از بین ببرد. بزرگترین عیب آن افزایش مصرف برق پمپ آب در حین کار عادی و افزایش هزینه‌های تامین آب است.