چکش آب در خطوط لوله یک افزایش فشار آنی است. این تفاوت با تغییر شدید سرعت جریان آب همراه است. در مرحله بعد، درباره نحوه ایجاد شوک هیدرولیکی در خطوط لوله بیشتر خواهیم آموخت.
توهم اصلی
نتیجه پر شدن مایع فضای بیش از پیستون در موتور با پیکربندی مربوطه (پیستون) به اشتباه شوک هیدرولیک در نظر گرفته می شود. در نتیجه پیستون به نقطه مرده نمی رسد و شروع به فشرده سازی آب می کند. این به نوبه خود منجر به خرابی موتور می شود. به ویژه، به شکستگی در میله یا شاتون، شکستن ناودانی در سرسیلندر، پارگی واشرها.
طبقه بندی
با توجه به جهت افزایش فشار، چکش آب می تواند:
- مثبت. در این حالت، افزایش فشار به دلیل شروع شدید پمپ یا مسدود شدن لوله رخ می دهد.
- منفی. در این مورد، ما در مورد افت فشار در نتیجه باز کردن دمپر یا خاموش کردن پمپ صحبت می کنیم.
طبق زمانانتشار موج و دوره بسته شدن شیر (یا سایر دریچه های قطع) که در طی آن چکش آب در لوله ها تشکیل می شود، به موارد زیر تقسیم می شود:
- مستقیم (کامل).
- غیر مستقیم (ناقص).
در حالت اول، جلوی موج تشکیل شده در جهت مخالف جهت اصلی جریان آب حرکت می کند. حرکت بیشتر به عناصر خط لوله بستگی دارد که قبل از شیر بسته قرار دارند. این احتمال وجود دارد که جبهه موج به طور مکرر از جهت جلو و عقب عبور کند. با یک چکش آب ناقص، جریان نه تنها می تواند در جهت دیگر حرکت کند، بلکه در صورت بسته نشدن کامل دریچه تا حدی از شیر عبور می کند.
پیامدها
خطرناک ترین چکش آب مثبت در سیستم گرمایش یا تامین آب در نظر گرفته می شود. اگر افزایش فشار خیلی زیاد باشد، ممکن است خط آسیب ببیند. به ویژه، ترک های طولی روی لوله ها ظاهر می شود، که متعاقبا منجر به شکاف، نقض تنگی دریچه ها می شود. به دلیل این خرابی ها، تجهیزات لوله کشی شروع به شکست می کنند: مبدل های حرارتی، پمپ ها. در این راستا باید از شوک هیدرولیکی جلوگیری یا کاهش داد. فشار آب در فرآیند کاهش سرعت جریان به حداکثر می رسد که تمام انرژی جنبشی به کار کشش دیواره های اصلی و فشرده سازی ستون مایع منتقل شود.
تحقیق
به طور تجربی و نظری این پدیده را در سال 1899 نیکلای ژوکوفسکی مطالعه کرد. محقق شناسایی کرده استعلل شوک هیدرولیک این پدیده به این دلیل است که در فرآیند بسته شدن خطی که سیال از طریق آن جریان می یابد، یا زمانی که به سرعت بسته می شود (زمانی که یک کانال بن بست به منبع انرژی هیدرولیک متصل می شود)، تغییر شدید فشار و سرعت آب تشکیل می شود. این در یک زمان در سراسر خط لوله نیست. اگر در این مورد اندازه گیری های خاصی انجام شود، می توان نشان داد که تغییر سرعت در جهت و بزرگی و فشار - هر دو در جهت کاهش و افزایش نسبت به حالت اولیه اتفاق می افتد. همه اینها به این معنی است که یک فرآیند نوسانی در خط اتفاق می افتد. با کاهش و افزایش دوره ای فشار مشخص می شود. کل این فرآیند با گذرا مشخص می شود و به دلیل تغییر شکل های الاستیک خود مایع و دیواره های لوله ایجاد می شود. ژوکوفسکی ثابت کرد که سرعت انتشار موج با تراکم پذیری آب نسبت مستقیم دارد. میزان تغییر شکل دیواره های لوله نیز مهم است. با مدول الاستیسیته ماده تعیین می شود. سرعت موج به قطر خط لوله نیز بستگی دارد. یک موج فشار ناگهانی نمی تواند در یک خط پر از گاز رخ دهد، زیرا به راحتی فشرده می شود.
پیشرفت فرآیند
در یک سیستم تامین آب مستقل، مانند خانه های روستایی، می توان از پمپ گمانه برای ایجاد فشار در خط استفاده کرد. چکش آب زمانی اتفاق می‌افتد که مصرف مایع به طور ناگهانی متوقف می‌شود - هنگامی که یک شیر آب بسته می‌شود. جریان آب در امتداد حرکت می کندبزرگراه، قادر به توقف فوری نیست. ستون مایع با اینرسی به "بن بست" لوله کشی برخورد می کند، که با بسته شدن شیر آب تشکیل شده است. در این مورد، رله از چکش آب صرفه جویی نمی کند. فقط به نوسان واکنش نشان می دهد و پس از بسته شدن دریچه و فشار بیشتر از حداکثر مقدار، پمپ را خاموش می کند. خاموش شدن، مانند توقف جریان آب، فوری نیست.
نمونه
می توان خط لوله ای را با فشار ثابت و حرکت سیال ماهیت ثابت در نظر گرفت که در آن یک دریچه به طور ناگهانی بسته شد یا یک شیر دروازه به طور ناگهانی بسته شد. در یک سیستم تامین آب چاله ای، چکش آب معمولا زمانی اتفاق می افتد که شیر چک بالاتر از سطح آب ساکن (9 متر یا بیشتر) باشد یا در حالی که شیر بعدی در بالا فشار را نگه می دارد، نشتی دارد. در هر دو مورد، تخلیه جزئی رخ می دهد. دفعه بعد که پمپ راه اندازی می شود، آب با سرعت بالا خلاء را پر می کند. مایع به شیر چک بسته و جریان بالای آن برخورد می کند و باعث افزایش فشار می شود. نتیجه چکش آب است. این نه تنها به تشکیل ترک ها و تخریب مفاصل کمک می کند. هنگامی که افزایش فشار رخ می دهد، پمپ یا موتور الکتریکی (و گاهی اوقات هر دو عنصر به طور همزمان) آسیب می بینند. این پدیده می تواند در سیستم های محرک هیدرولیک با جابجایی مثبت هنگام استفاده از شیر قرقره رخ دهد. هنگامی که یکی از کانال های تخلیه توسط یک قرقره مسدود می شودفرآیندهای تولید مایع که در بالا توضیح داده شد.
محافظت در برابر چکش آب
قدرت موج به میزان جریان قبل و بعد از مسدود شدن بزرگراه بستگی دارد. هر چه حرکت شدیدتر باشد، در صورت توقف ناگهانی ضربه قوی تر می شود. سرعت جریان خود به قطر خط بستگی دارد. هر چه سطح مقطع بزرگتر باشد، حرکت سیال ضعیف تر است. از این جا می توان نتیجه گرفت که استفاده از خطوط لوله بزرگ احتمال چکش آب را کاهش می دهد یا آن را ضعیف می کند. راه دیگر افزایش مدت زمان قطع آب یا روشن کردن پمپ است. برای بستن تدریجی لوله از عناصر قطع کننده نوع شیر استفاده می شود. به خصوص برای پمپ ها از کیت های شروع نرم استفاده می شود. آنها نه تنها از برخورد چکش آب در هنگام روشن شدن جلوگیری می کنند، بلکه عمر کاری پمپ را نیز به میزان قابل توجهی افزایش می دهند.
جبران‌سازها
سومین گزینه حفاظتی شامل استفاده از دستگاه دمپر است. این یک مخزن انبساط غشایی است که قادر به "خاموش کردن" نوسانات فشار ناشی از آن است. جبران کننده های چکش آب بر اساس یک اصل خاص کار می کنند. این در این واقعیت نهفته است که در فرآیند افزایش فشار، پیستون با مایع حرکت می کند و عنصر الاستیک (فشار یا هوا) فشرده می شود. در نتیجه، فرآیند شوک به یک فرآیند نوسانی تبدیل می شود. به دلیل اتلاف انرژی، دومی به سرعت بدون افزایش قابل توجه فشار تجزیه می شود. در خط پرکننده از جبران کننده استفاده می شود. داره شارژ میشههوای فشرده با فشار 0.8-1.0 مگاپاسکال. محاسبه تقریباً مطابق با شرایط جذب انرژی ستون محرک آب از مخزن پرکننده یا انباشته کننده به جبران کننده انجام می شود.
