چکیده

یکی از پدیده های مهم در خطوط انتقال آب یا به طور کلی مجاری تحت فشار، پدیدهی ضربه قوچ میباشد که در صورت عدم در نظر گرفتن تمهیداتی برای مقابله با آن امکان وارد آمدن خسارات جبران ناپذیری وجود خواهد داشت. از طرف دیگر محاسبات پیچیده ی مربوط به ضربه قوچ و همچنین حل معادلات مربوطه خصوصا برای طرح های پیچیده، استفاده از نرم افزار های موجود در این زمینه را ناگزیر کرده است. در این مقاله سعی شده با بکارگیری این نرم افزار ها، راهکارهای مقابله با ایجاد چنین پدیده ای در این خط انتقال مورد بررسی قرار گیرد و نتایج در قالب پیشنهاداتی ارائه شود. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که استفاده از مخزن با شیر یک طرفه در محل اولین نقطه مرتفع و شیر های هوا در فواصل معین و نقاط مرتفع، کلیه ی نیازهای شبکه را در حالت قطع پمپاژ فراهم خواهد نمود. استفاده از شیرهای هوا در نزدیکی اولین نقطه مرتفع باعث بروز نوسانات شدید فشار ناشی از مکش هوا شد. این مهم صرفا با نصب یک مخزن یک طرفه در مجاورت اولین نقطه مرتفع ممکن شد. این مطالعه همچنین نشان داد که نقش شیر های هوا در ترکیب با سایر وسایل حفاظتی هنگام بروز پدیده ضربه قوچ مهم بوده و بایستی مورد بررسی قرار گیرد که ممکن است باعث بروز نوسانات شدید فشار در خطوط لوله گردد.

کلمات کلیدی: ضربه قوچ، جدایی ستون آب ، مخزن هوا ، شیر هوا

۱

مقدمه:

اصطلاح چکش آبی (Water Hammer) یا ضربه قوچ (اصطلاح فرانسوی) در مواردی به کار می رود که تغییر ناگهانی سرعت در جریان سیال در داخل مجرا، موجب تغییر ناگهانی در مجرا گردد. لیکن امروزه اصطلاح »جریانهای میرای هیدرولیکی (Hydrualic Transient) « که دارای ابعاد وسیعتری است، بکار میرود.

از جمله عواملی که باعث تعییر ناگهانی سرعت میشود، عبارت اند از:

-۱ باز و بست کردن شیر: که شاید معمول ترین علت بروز پدیده ضربه قوچ، همین باز و بست کردن شیرهای مختلف چه به صورت کنترل شده و چه به صورت اضطراری باشد. هم باز و هم بستن یک شیر، باعث ایجاد امواج فشاری بالا دست و پایین دست شیر شده که در سرتاسر سیستم منتشر میشود.

-۲ شیرهای یک طرفه -۳ از کار افتادن پمپ: یکی از مهمترین علل ایجاد ضربه قوچ آب و بروز فشار های بسیار بالا، از کار

انداختن یا از کار افتادن پمپ به دلیل قطع برق میباشد. -۴ پر کردن خطوط خالی -۵ هواگیری خط لوله

در اثر تغییرات ناگهانی سرعت آب در خط لوله، موج هایی تشکیل میشود که در طول مسیر خط لوله حرکت رفت و برگشتی انجام میدهند. این موج ها در مسیر خود به لوله ها و تاسیسات موجود ضربات شدیدی وارد میکنند. بنابراین برای اتخاذ تدابیر لازم به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از این ضربات، قدم اول محاسبه مقدار نیروی ضربه قوچ و سرعت امواج آن می باشد. برای محاسبه فشار ایجاد شده توسط ضربه قوچ ابتدا لازم است تا سرعت انتقال امواج فشار محاسبه شود. از طرف دیگر میدانیم سرعت انتشار امواج به عواملی از قبیل جنس لوله، نوع سیال، قطر و ضخامت لوله و همچنین نحوه محار کردن لوله بستگی دارد. این سرعت معمولا بین ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ متر بر ثانیه میباشد. برای محاسبه ی سرعت انتشار امواج فشاری از رابطه ی زیر میتوان استفاده نمود:

که در آن:

= D قطر داخلی لوله، = e ضخامت جدار لوله، = E مدول الاستیسیته جنس لوله، = ρجرم مخصوص سیال،

= K مدول الاستیسیته حجمی سیال، = C سرعت انتشار امواج، = C1 ضریبی که بستگی به نحوه ی مهار کردن لوله دارد و مطابق جدول زیر انتخاب میشود.