הלם מים היא תופעה של היווצרות פעימתלחץ בצנרת עקב שינוי פתאומי בזרימה. זהו גל הלם שנוצר עקב סגירה או פתיחה מהירה של מגוף. גל ההלם מתפשט בצינור ממקום ההפרעה עד קצה הצינור ובחזרה. ניתוח ראשון של התופעה בוצע על ידי ניקולאי ז'וקובסקי שפיתוח גם נוסחאות לתיאור הבעיה.
התופעה נקראת הלם מים אבל היא אופיינית לכל זורם. עליית הלחץ בקו תלויה בצפיפות הזורם לכן היא משמעותית כאשר הזורם הוא נוזל כמו מים למשל. גל הלחץ בצינור עלול לגרום נזק המתבטא בקפיצה או ברעידה של הצינור ותתכן גם פריצה של הצינור עקב עליית הלחץ. גל הלחץ דועך עם הזמן בגלל החיכוך בזרימה ובגלל אובדן אנרגיה בפעולת הזורם על הצינור.
הלם מים בחיי היום-יום
ניתן להבחין לפעמים בהלמי מים קטנים גם במערכת חלוקת המים העירונית ובמערכת המים הביתית. אלה נובעים משינויים בזרימה עקב פתיחה או סגירה מהירים של ברזים ועקב שימוש או הפסקת השימוש במים במכשירים ביתיים כמו מדיח כלים ואו מכונת כביסה וכדומה. הכלל הוא שכאשר הצינור ארוך וזורם בו נוזל, צריך לסגור את הברז לאט כדי למנוע את תופעת הלם המים העלולה להיות הרסנית. מנתונים בסיסיים של הזורם והצינור ניתן לחשב את הזמן הקריטי שסגירה או פתיחת מגוף יגרמו לגל לחץ וגם את שיעורו אפשר לחשב. בקווי נפט גולמי או בקווי דלק שאורכם עשוי להיות מאות עד אלפי קילומטר, חשוב מאוד לדעת את זמן הסגירה הקריטי.
מושגים
אם שינוי המהירות מתבצע בזמן קצר או שווה לזמן הקריטי תתקיים תופעת הלם המים. אם השינוי מתרחש בזמן הארוך בערך פי חמישה מהזמן הקריטי, ההשפעה זניחה. כדי להעריך את ההשפעה בזמן הקרוב לזמן הקריטי הפתרון הוא גרפי - אנליטי ואו פתרון נומרי לרוב בעזרת מחשב, פתרון המפורט בספרים המוצגים ברשימה לקריאה נוספת למשל ובספרים נוספים. הזמן הקריטי הוא פרק הזמן שגל הלחץ עושה את הדרך לאורך הצינור הלוך ושוב ממקום ההפרעה עד קצה הקו ובחזרה.
מערכת מגופים מפוקדים להפניית הזרימה לתוואי חלופי לשמירת המהירות בקו עד המגוף.
תופעות דומות
הלם בזרימה דו-פאזית של גז ונוזל. בזרימה זו פאזית עלולה להיווצר הפרדה בין הפאזה הנוזלית לבין הפאזה הגזית. תלוי בכמויות ובמהירויות החלקיות של כל פאזה, עלול להיווצר מצב שהנוזל נע בצינור במהירות הגבוהה של הגז ומכה בקשתות הצינור או בברזים סגורים או בציוד בקצה הקו כמו מכל. לפעמים משתמשים בביטוי הלם מים אף על פי שהמנגנון שונה. בתכנון של קווים בזרימה דו-פאזית משתדלים למנוע מצב כזה.
הלם כתוצאה מרתיחה מהירה כאשר נוצר מגע בין גז או זורם חם לבין נוזל קר שיכול לרתוח. תופעה זו אופיינית בקווי קיטור הפוגשים קונדנסט קר או נוזל קר. כתוצאה מהמפגש מתבצעת רתיחה מהירה של הנוזל הקר המתפשט במהירות רבה בדומה לפיצוץ של חומר נפץ. בתופעה הזו שומעים רעש חזק הדומה לפעמים לסופת רעמים. גם בתופעה הזו משתמשים לעיתים במונח הלם מים אף על פי שהמנגנון שונה. זו הסיבה שבדרך כלל מקפידים לנקז קווי קיטור וקווי גז חם המכילים נוזל.
לקריאה נוספת
Water Hammer Analysis by John Parmakian, 1963 Dover Publications INC. ISBN 0-486-61061-6
Handbook of Hydraulics, sixth edition, by Ernest F. Brater and Horace Williams King, McGraw-Hill Book Company, 1982. ISBN 0-07-007243-4.
Water Hammer by B.B. sHARP, 1981, Edward Arnold Publishers Ltd. ISBN 0-7131-3427-5.