ウォーターハンマー現象とは何ですか？

ウォーターハンマーとは、突然電源が遮断されたり、バルブが急に閉じられたりしたときに圧力水流の慣性が発生し、ハンマーで叩いたような水流衝撃波が発生することからウォーターハンマーと呼ばれています。 水の衝撃波の前後の力は非常に大きく、バルブやウォーターポンプが損傷することがあります。

開いたバルブが突然閉じられると、水の流れによってバルブとパイプの壁に圧力が発生します。 滑らかなパイプ壁により、その後の水流は慣性の作用で急速に最大値に達し、流体力学における「ウォーターハンマー効果」、つまりポジティブウォーターハンマーという破壊的な効果を引き起こします。 給水パイプラインの建設ではこの要素を考慮する必要があります。

逆に、閉じていたバルブが急に開くと、ネガティブウォーターハンマーと呼ばれるウォーターハンマーも発生しますが、これもある程度の破壊力はありますが、前者ほどではありません。 電動ウォーターポンプユニットの電源が突然切れたり、始動したりすると、圧力衝撃やウォーターハンマー現象が発生します。 この圧力衝撃波はパイプラインに沿って伝播し、パイプラインの局所的な過圧を容易に引き起こし、パイプラインの破断や機器の損傷を引き起こす可能性があります。 したがって、ウォーターハンマー効果保護は水道工学の重要な技術の 1 つとなっています。

ウォーターハンマーの発生状況

1. バルブの急激な開閉。

2. ウォーターポンプユニットの突然の停止または始動。

単管から高所への給水（給水の地形高低差が20mを超える場合） ４．

4. ウォーターポンプの全揚程（または作動圧力）が大きい。

5.送水パイプラインの過剰な流速。

6. 水道管が長すぎて地形が大きく変化する。

ウォーターハンマー効果の害

ウォーターハンマーによって引き起こされる圧力上昇は、パイプラインの通常の使用圧力の数倍、さらには数十倍に達することがあります。 この大きな圧力変動がパイプライン システムに及ぼす危険には、主に次のようなものがあります。

1. パイプラインに強い振動を引き起こし、パイプラインの接続部を外します。

2. バルブが損傷し、深刻な圧力が高くなりすぎ、パイプの爆発や給水ネットワークの圧力低下が発生します。

3.逆に、圧力が低すぎるとパイプが崩壊し、バルブや固定部品が損傷する可能性があります。

4. ポンプが逆回転し、ポンプ室の機器やパイプラインが損傷し、ポンプ室が重大な水没し、死傷者やその他の重大な事故が発生し、生産と生命に影響を与えます。

ウォーターハンマーを排除または軽減するための保護措置

ウォーターハンマーに対する保護対策は数多くありますが、考えられるウォーターハンマーの原因に応じて異なる対策を講じる必要があります。

1. 送水管の流速を下げることで水撃圧力をある程度低減できますが、送水管の直径が大きくなり、プロジェクト投資が増加します。 送水管の敷設にあたっては、こぶや急勾配の変化を可能な限り避けなければならない。 ポンプ停止ウォーターハンマーの大きさは主にポンプ室の幾何学的ヘッドに関係します。 幾何揚程が高いほど、ポンプ停止ウォーターハンマーの値は大きくなります。 したがって、地域の実際の状況に応じて合理的なポンプ揚程を選択する必要があります。 ポンプの緊急停止後、逆止弁の後ろのパイプラインが水で満たされた後、ポンプを起動する必要があります。 ポンプを始動するときは、ポンプの出口バルブを全開にしないでください。全開にしないと、水への影響が大きくなります。 多くのポンプ場における重大なウォーターハンマー事故は、ほとんどがこのケースで引き起こされています。

2.ウォーターハンマー除去装置の設置

(1) 定圧制御技術を採用：

給水管ネットワークの圧力は作業条件の変化に応じて常に変化するため、システムの動作中に低圧または過圧が発生することが多く、ウォーターハンマーが発生しやすく、パイプラインや機器、自動制御が損傷することがあります。配管網の圧力を検出して給水ポンプの起動、停止、速度調整をフィードバックし、流量を制御し、一定の圧力を維持するシステムを採用しています。ポンプの給水圧力は、制御によって設定できます。マイコン制御により一定圧力の給水を維持し、過度の圧力変動を回避し、ウォーターハンマーの可能性を低減します。

(2)ウォーターハンマーエリミネーターの設置

この装置は主にウォーターハンマーによるポンプの停止を防止するために使用されます。 通常、ウォーターポンプの出口パイプラインの近くに設置されます。 パイプライン自体の圧力は、低圧自動動作を実現するための動力として使用されます。つまり、パイプライン内の圧力が設定された保護値よりも低い場合、排水口が自動的に開き、水と圧力が放出されます。ローカルパイプラインの圧力のバランスをとり、機器やパイプラインへのウォーターハンマーの影響を防ぐために、一般的にエリミネーターは機械式と油圧式に分けることができます。 機械式エリミネーターが作動した後は手動で復帰することができ、油圧式エリミネーターは自動的にリセットできます。

(3) 大口径ウォーターポンプの出口配管に遅閉逆止弁を設置してください。

ポンプ停止時のウォーターハンマーを効果的に除去できますが、バルブ作動時にある程度の水の逆流が発生するため、吸込井にはオーバーフロー管を設置する必要があります。 遅閉逆止弁にはヘビーハンマ式と蓄電式の2種類があります。 必要に応じて、バルブの閉弁時間を一定の範囲内で調整できます。 一般に、停電後3〜7秒以内にバルブは70％〜80％閉じられ、残りの20％〜30％の閉時間は水ポンプとパイプラインの状態に応じて調整され、一般的には10〜30の範囲ですs. ウォーターハンマーを橋渡しするためにパイプラインにこぶがある場合、ゆっくりと閉じるチェックバルブが非常に効果的であることに注意してください。

(4) 一方通行サージタワー

ワンウェイサージタンクはポンプ場の近くまたはパイプラインの適切な位置に設置し、ワンウェイサージタンクの高さはそのパイプライン圧力より低くなければなりません。 パイプライン内の圧力がタワーの水位よりも低い場合、サージ タンクは水柱の破壊を防ぎ、ウォーター ハンマーの橋渡しを避けるためにパイプラインに水を補充します。 ただし、閉弁ウォーターハンマーなどポンプ停止ウォーターハンマー以外のウォーターハンマーに対する減圧効果は限定的です。 また、一方向圧力調整塔に使用される一方向弁の性能は絶対的に信頼できるものでなければなりません。 バルブが故障すると重大な事故につながる可能性があります

(5) ポンプ場にはバイパス管（バルブ）が設置されています

ポンプシステムの通常運転時は、ポンプの水圧側の水圧が吸水側の水圧よりも高いため、逆止弁は閉じています。 停電によりポンプが急停止すると、水ポンプ場出口の圧力が急激に低下し、吸込側の圧力が急激に上昇します。 この差圧下では、吸込本管内の過渡的高圧水は、逆止弁板を押して加圧水本管に流れ、そこでの低水圧を高める過渡的低圧水となり、その圧力が上昇します。 一方で、ウォーターポンプ吸入側のウォーターハンマーの圧力上昇も低減されます。 このようにして、ウォーターハンマーの上昇とポンプステーションの両側の圧力降下が制御され、ウォーターハンマーの害を効果的に軽減および防止します。

(6) 多段逆止弁の設置

長い送水管路では、1つまたは複数の逆止弁を追加して送水管路をいくつかのセクションに分割し、各セクションに逆止弁を設置します。 ウォーターハンマー現象により送水管内の水が逆流すると、各逆止弁が順次閉じられ、逆洗流がいくつかに分割されます。 送水管各部（または逆洗流部）の静水頭が非常に小さいため、水撃圧力の上昇が軽減されます。 この保護手段は、給水の幾何学的高低差が大きい場合に効果的に使用できます。 ただし、水柱分離の可能性を排除することはできません。 最大のデメリットは、通常運転時の給水ポンプの消費電力が増加し、給水コストが増加することです。

(7) パイプラインの高所には自動排気・空気補給装置を設置し、パイプラインへのウォーターハンマーの影響を軽減します。