جابجایی آب در لوله دارای انرژی جنبشی است که به جرم آب در حجم خالص و توان دوم بستگی دارد.
به همین دلیل در اکثر چارت های سایز بندی لوله ها پیشنهاد میشود که سرعت آب در لوله ها زیر 5ft/s (1.5 m/s ) اگر لوله در خروجی به صورت ناگهانی بسته شود (جریان پایین دست) جرم آب قبل از رسیدن به آن نقطه با همان سرعت قبلی خود حرکت میکند که باعث ایجاد یک فشار بسیار زیاد می شود به نام شک ضربه ای.
در لوله کشی خانگی حتما آن را تجربه نموده ایدکه شبیه به صدای چکش میباشد.
ضربه قوچ باعث شکستگی لوله ها یا باعث ترکیدگی آن در فشارهای زیاد میشود.
تله بادی (که در بالای لوله وجود) معمولا به عنوان دمپر اضافه میشود تا نیروی ناشی از حرکت آب برای جلوگیری از آسیب رساندن به سیستم باشد.
در برخی از نیروگاه ها برق آبی وسیله ای به نام برج آبی به همین منظور نصب میگردد.
به زبان دیگر وقتی والو آب به صورت ناگهانی بسته میشود جریان پایین دست تلاش میکند که به حرکت خود ادامه دهد که باعث ایجاد یک مکش میشود که باعث فروریختن یا از داخل منفجر شدن لوله میشود.
این مشکل مخصوصا در سراشیبی لوله ها بیشتر میشود.
برای جلوگیری از آن یک شیر خلاص یا یک بسته هوای در جریان پایین دست اضافه میشود که باعث میشود هوا وارد خط لوله شده و از چنین مکش هایی جلوگیری میکند.
در خانه ها ضربه قوچ معمولا هنگامی اتفاق می افتد که ماشین ظرف شویی یا لباس شوئی یا توالت ها به صورت ناگهانی آب را قطع میکند که باعث ایجاد یک صدای بلند میشود.
یک وسیله گازی روغنی شبیه به جمع کننده ضربه که به نام از بین برنده ضربه قوچ ان را میشناسند میتواند بین لوله و دستگاه متصل شود که میتواند ضربه را دفع و از صدای بلند آن جلوگیری کند.
سیستم گرمائی بخاری خانه ها نیز میتواند از ضربه قوچ آسیب پذیر باشند.
در سیستم بخار آبی ضربه قوچ معمولا هنگامی اتفاق ما افتد که مقداری از بخار آب در ناحیه افقی لوله میعان شود.متعاقبا بخار با فشار بر آب جمع شده و رساندن آن به یک سرعت بالا میتواند یک ضربه قوچ شدید با صدای مهیب ایجاد کند.
این شرایط معمولا هنگامی رخ میدهد که آبریزگاه مناسب برای خروج آب در لوله بخار آب وجود نداشته باشد.
نیروگاه های برق آبی باید با دقت فراوان طراحی شوند چون ضربه قوچ ممکن است موجب انفجار آنها شود. یکی از اولین افراد موفق در رسیدگی به ضربه قوچ مهندس ایتالیایی به نام لرنزو آلیویه بود.(Lorenzo Allievi) دلایل احتمالی ایجاد ضربه قوچ:
1_آزاد شدن ناگهانی هوا(شیر آتش نشانی یا آزاد شدن هوا)
2_تریپ پمپ یا شروع به کار آن
3_شیر های یک طرفه که به مشخصه دینامیکی شیر یک طرفه و جرم آب موجود بین شیر و تانک دارد.
4_ناگهانی باز بسته شدن آب
5_رزونانس دستگاههای فرعی خصوصا پمپ اگر با فرکانس طبیعی لوله یکسان شود باعث ایجاد ضربات شدید در لوله ها میشود
نرم افزاها:
اکثر بسته های نرم افزاری ضربه قوچ از روش اجزا محدود استفاده میکند.
این روش هنگامی اثر بخش خواهد بود که سرعت در طول زمان تغییر نکند و هوا وارد لوله ها نشود.تعداد زیادی از نرم افزارهای تجاری و غیر تجاری هم اکنون موجود میباشد.
بسته های نرم افزاری در پیچیدگی حل با یکدیگر تفاوت دارند که به روش تحلیل آنها بستگی دارد بسته های حرفه ای ممکن است دارای گزینه های زیر باشد.
1-امکان چند فازه بودن سیال
2-یک الگوریتم مناسب برای خلا سازی در لوله
3-اصطکاک متغیر- فشار موج وقتی جریان توربولنت تولید میشود
4-تغییر برخی از ضرایب در فشار های بالا که باعث میشود آب کمتر تراکم پذیر شود
5-ساختار فعل و انفعالی سیال که خود آن باعث ایجاد فشار های مختلف در لوله شده و باعث ایجاد موج ضربه ای میشود.
روش های پیشگیرانه از ضربه قوچ:
خسارت های ناشی از ضربه قوچ باعث ایجاد خرابی ها ئی میشود ولی معمولا از حد شکستگی لوله ها فراتر نمیرود.
یک مهندس باید بتواند حداقل مقدار ریسک ضربه قوچ لوله های پشت سر هم را تخمین بزند.
لوله هائی که در معرض خطر قرار دارند باید به آنها رسیدگی بیشتری شود.
1-سرعت پایین آب
2-لوله هائی با تحمل فشار بالای آب (گران)
3-اتصالات مناسب (در باز و بسته شدن شیرهای آب)
4-برج های آبی (که در سیستم های آب آشامیدنی استفاده میشود) و به نگهداری حالت دائم سیال کمک میکنند و فشار ناشی از ضربه قوچ را کاهش می دهد.
5-ups یک منبع تغذیه برق که برای دمپ کردن فشار ناشی از کار افتادن ناگهانی پمپ روشن شده تا چند دقیقه پمپ به کار خود ادمه میدهد.
6-نصب flywheel یا چرخ طیار در پمپ ها
7-گذرگاه فرعی برای پمپ ها
موارد کاربردی
1-از اصول ضربه قوچ برای ایجاد یک پمپ به نام هیدرولیک رم استفاده شده است
2-در شناسایی سوراخ هایی احتمالی در لوله ها از ضربه قوچ استفاده میشود.
3-شناسایی بسته های هوائی اضافه شده به لوله
4-نیروی دریائی آمریکا در حال آزمایشی روشی است که در خنثی کردن مین ها از ضربه قوچ آب استفاده میکنند.
منبع:پایگاه علمی مهندسی تاسیسات ساختمان