ปรากฏการณ์ค้อนน้ำคืออะไร?

ค้อนน้ำเรียกว่าค้อนน้ำเนื่องจากแรงเฉื่อยของแรงดันน้ำไหลเมื่อไฟฟ้าดับกะทันหันหรือปิดวาล์วเร็วเกินไป ทำให้เกิดคลื่นกระแทกการไหลของน้ำเหมือนกับการตีค้อน คลื่นกระแทกน้ำกลับไปกลับมาบางครั้งอาจมีขนาดใหญ่มาก ส่งผลให้วาล์วและปั๊มน้ำเสียหาย

เมื่อวาล์วเปิดปิดกะทันหัน การไหลของน้ำจะสร้างแรงกดดันต่อวาล์วและผนังท่อ เนื่องจากผนังท่อเรียบ การไหลของน้ำตามมาอย่างรวดเร็วถึงสูงสุดอย่างรวดเร็วภายใต้การกระทำของความเฉื่อย และก่อให้เกิดผลการทำลายล้าง ซึ่งเรียกว่า "เอฟเฟกต์ค้อนน้ำ" ในทางอุทกพลศาสตร์ ซึ่งก็คือค้อนน้ำเชิงบวก ปัจจัยนี้ควรได้รับการพิจารณาในการก่อสร้างท่อส่งน้ำ

ในทางตรงกันข้าม หลังจากเปิดวาล์วที่ปิดกะทันหัน มันจะสร้างค้อนน้ำที่เรียกว่าค้อนน้ำเชิงลบซึ่งมีแรงทำลายล้างเช่นกัน แต่ก็ไม่ใหญ่เท่าเดิม เมื่อเครื่องสูบน้ำไฟฟ้าปิดหรือสตาร์ทกะทันหัน จะทำให้เกิดแรงดันและผลกระทบจากค้อนน้ำด้วย คลื่นกระแทกแรงดันนี้แพร่กระจายไปตามท่อ ซึ่งอาจนำไปสู่แรงดันเกินในพื้นที่ของท่อได้ง่าย ส่งผลให้ท่อแตกและอุปกรณ์เสียหาย ดังนั้นการป้องกันผลกระทบจากค้อนน้ำจึงกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญของวิศวกรรมการจ่ายน้ำ

เงื่อนไขของค้อนน้ำ

1. การเปิดหรือปิดวาล์วอย่างกะทันหัน

2. หยุดหรือสตาร์ทเครื่องสูบน้ำกะทันหัน

3. การส่งน้ำจากท่อเดียวไปยังที่สูง (ความแตกต่างของระดับความสูงภูมิประเทศของน้ำประปาเกิน 20 เมตร)

4. หัวรวม (หรือแรงดันใช้งาน) ของปั๊มน้ำมีขนาดใหญ่

5. ความเร็วการไหลมากเกินไปในท่อส่งน้ำ

6. ท่อส่งน้ำยาวเกินไปและภูมิประเทศเปลี่ยนแปลงอย่างมาก

อันตรายจากเอฟเฟกต์ค้อนน้ำ

แรงดันที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากค้อนน้ำสามารถเข้าถึงแรงดันการทำงานปกติของท่อได้หลายเท่าหรือหลายสิบเท่า อันตรายจากความผันผวนของแรงดันขนาดใหญ่ต่อระบบท่อส่วนใหญ่ได้แก่:

1. ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงของท่อและถอดข้อต่อท่อออก

2. วาล์วเสียหายและแรงดันร้ายแรงสูงเกินไป ส่งผลให้ท่อระเบิดและแรงดันเครือข่ายน้ำประปาลดลง

3. ในทางตรงกันข้ามแรงดันต่ำเกินไปจะทำให้ท่อยุบและทำให้วาล์วและชิ้นส่วนยึดเสียหาย

4. ทำให้ปั๊มถอยหลัง, ทำให้อุปกรณ์หรือท่อในห้องปั๊มเสียหาย, จมอยู่ใต้น้ำห้องปั๊มอย่างรุนแรง, ทำให้เกิดการบาดเจ็บล้มตายและอุบัติเหตุร้ายแรงอื่น ๆ และส่งผลกระทบต่อการผลิตและชีวิต

มาตรการป้องกันเพื่อกำจัดหรือลดค้อนน้ำ

ค้อนน้ำมีมาตรการป้องกันมากมาย แต่ควรใช้มาตรการที่แตกต่างกันตามสาเหตุที่เป็นไปได้ของค้อนน้ำ

1. การลดความเร็วการไหลของท่อส่งน้ำสามารถลดแรงดันค้อนน้ำได้ในระดับหนึ่ง แต่จะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่งน้ำและเพิ่มการลงทุนในโครงการ ในระหว่างการวางท่อส่งน้ำ จะต้องหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนโคนหรือความลาดชันอย่างกะทันหันให้มากที่สุด ขนาดของค้อนน้ำหยุดปั๊มนั้นสัมพันธ์กับหัวเรขาคณิตของโรงปั๊มเป็นหลัก ยิ่งหัวเรขาคณิตสูงเท่าใด ค่าของค้อนน้ำหยุดปั๊มก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นควรเลือกหัวปั๊มที่เหมาะสมตามสถานการณ์จริงในท้องถิ่น หลังจากการปิดปั๊มฉุกเฉิน ปั๊มจะต้องสตาร์ทหลังจากที่ท่อด้านหลังเช็ควาล์วเต็มไปด้วยน้ำ เมื่อสตาร์ทปั๊ม อย่าเปิดวาล์วทางออกของปั๊มจนสุด ไม่เช่นนั้นจะส่งผลให้น้ำกระทบได้มาก อุบัติเหตุค้อนน้ำครั้งใหญ่ของสถานีสูบน้ำหลายแห่งมักเกิดขึ้นในกรณีนี้

2. ติดตั้งเครื่องกำจัดค้อนน้ำ

(1) นำเทคโนโลยีการควบคุมแรงดันคงที่มาใช้:

เนื่องจากแรงดันของโครงข่ายท่อจ่ายน้ำเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามสภาพการทำงานที่เปลี่ยนแปลง แรงดันต่ำ หรือแรงดันเกินมักเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของระบบซึ่งง่ายต่อการผลิตค้อนน้ำส่งผลให้ท่อและอุปกรณ์เสียหายระบบควบคุมอัตโนมัติ ระบบถูกนำมาใช้เพื่อป้อนกลับการควบคุมการเริ่มต้น หยุด และความเร็วของปั๊มน้ำผ่านการตรวจจับความดันเครือข่ายท่อ ควบคุมการไหล และรักษาระดับความดันที่แน่นอน สามารถตั้งค่าแรงดันน้ำประปาของปั๊มได้โดยการควบคุม ไมโครคอมพิวเตอร์เพื่อรักษาแรงดันน้ำให้คงที่ หลีกเลี่ยงความผันผวนของแรงดันมากเกินไป และลดความน่าจะเป็นของค้อนน้ำ

(2) ติดตั้งเครื่องกำจัดค้อนน้ำ

อุปกรณ์ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อป้องกันไม่ให้ค้อนน้ำหยุดปั๊ม โดยทั่วไปจะติดตั้งไว้ใกล้กับท่อทางออกของปั๊มน้ำ ความดันของท่อนั้นถูกใช้เป็นกำลังในการดำเนินการอัตโนมัติแรงดันต่ำ นั่นคือ เมื่อความดันในท่อต่ำกว่าค่าป้องกันที่ตั้งไว้ ช่องระบายน้ำจะเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อปล่อยน้ำและแรงดัน ดังนั้น เพื่อปรับสมดุลแรงดันของท่อในพื้นที่ และป้องกันผลกระทบของค้อนน้ำบนอุปกรณ์และท่อ โดยทั่วไป เครื่องกำจัดสามารถแบ่งออกเป็นประเภทกลและประเภทไฮดรอลิก หลังจากที่เครื่องกำจัดเชิงกลทำงานแล้ว คุณสามารถคืนค่าได้ด้วยตนเอง และเครื่องกำจัดไฮดรอลิกสามารถรีเซ็ตได้โดยอัตโนมัติ

(3) ติดตั้งเช็ควาล์วปิดช้าบนท่อทางออกของปั๊มน้ำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่

สามารถกำจัดค้อนน้ำในการปิดปั๊มได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เนื่องจากมีน้ำไหลย้อนกลับจำนวนหนึ่งเมื่อวาล์วทำหน้าที่ บ่อดูดจะต้องมีท่อล้น เช็ควาล์วปิดช้ามีสองประเภท: ประเภทค้อนหนักและประเภทเก็บพลังงาน สามารถปรับเวลาปิดวาล์วได้ภายในช่วงที่กำหนดตามต้องการ โดยทั่วไป วาล์วจะปิด 70% ~ 80% ภายใน 3 ~ 7 วินาทีหลังจากไฟฟ้าดับ และเวลาปิดที่เหลือ 20% ~ 30% จะถูกปรับตามเงื่อนไขของปั๊มน้ำและท่อส่งน้ำ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 10 ~ 30 ส. เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อมีโคนในท่อเพื่อเชื่อมค้อนน้ำ เช็ควาล์วปิดช้าจะมีประสิทธิภาพมาก

(4) หอคอยไฟกระชากทางเดียว

ให้สร้างใกล้สถานีสูบน้ำหรือในตำแหน่งที่เหมาะสมของท่อ และความสูงของถังน้ำกระชากทางเดียวต้องต่ำกว่าแรงดันท่อที่นั่น เมื่อแรงดันในท่อต่ำกว่าระดับน้ำในหอคอย ถังเก็บน้ำจะกักเก็บน้ำเข้าท่อเพื่อป้องกันไม่ให้เสาน้ำแตก และเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ค้อนน้ำเชื่อม อย่างไรก็ตาม ผลกระทบจากการลดแรงดันต่อค้อนน้ำนอกเหนือจากค้อนน้ำหยุดปั๊ม เช่น ค้อนน้ำปิดวาล์ว นั้นมีจำกัด นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของวาล์วทางเดียวที่ใช้ในหอควบคุมแรงดันทางเดียวจะต้องมีความน่าเชื่อถืออย่างแน่นอน เมื่อวาล์วชำรุดอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงได้

(5) มีการติดตั้งท่อบายพาส (วาล์ว) ไว้ในสถานีสูบน้ำ

ในระหว่างการทำงานปกติของระบบปั๊ม เช็ควาล์วจะปิดเนื่องจากแรงดันน้ำที่ด้านแรงดันน้ำของปั๊มสูงกว่าแรงดันน้ำที่ด้านดูดน้ำ เมื่อปั๊มหยุดกะทันหันเนื่องจากไฟฟ้าขัดข้อง แรงดันที่ทางออกของสถานีสูบน้ำจะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่แรงดันที่ด้านดูดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ภายใต้แรงดันต่างนี้ น้ำแรงดันสูงชั่วคราวในท่อหลักดูดคือน้ำแรงดันต่ำชั่วคราวที่ดันแผ่นเช็ควาล์วให้ไหลไปยังท่อหลักของน้ำแรงดัน และเพิ่มแรงดันน้ำต่ำที่นั่น ในทางกลับกัน แรงดันที่เพิ่มขึ้นของค้อนน้ำที่ด้านดูดของปั๊มน้ำก็ลดลงเช่นกัน ด้วยวิธีนี้ ค้อนน้ำจะเพิ่มขึ้นและแรงดันตกทั้งสองด้านของสถานีปั๊มน้ำจะถูกควบคุม เพื่อลดและป้องกันอันตรายจากค้อนน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(6) ตั้งเช็ควาล์วแบบหลายขั้นตอน

ในท่อส่งน้ำที่ยาวขึ้น จะมีการเพิ่มเช็ควาล์วอย่างน้อยหนึ่งตัวเพื่อแบ่งท่อส่งน้ำออกเป็นหลายส่วน และตั้งเช็ควาล์วไว้ในแต่ละส่วน เมื่อน้ำในท่อส่งน้ำไหลกลับในกระบวนการค้อนน้ำ เช็ควาล์วแต่ละตัวจะถูกปิดตามลำดับเพื่อแบ่งการไหลของน้ำย้อนออกเป็นหลายส่วน เนื่องจากหัวไฮโดรสแตติกในแต่ละส่วนของท่อส่งน้ำ (หรือส่วนไหลย้อน) มีขนาดค่อนข้างเล็ก แรงดันที่เพิ่มขึ้นของค้อนน้ำจึงลดลง มาตรการป้องกันนี้สามารถนำไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพในกรณีที่ความสูงของแหล่งน้ำทางเรขาคณิตขนาดใหญ่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถตัดความเป็นไปได้ของการแยกคอลัมน์น้ำได้ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือการใช้พลังงานของปั๊มน้ำเพิ่มขึ้นและต้นทุนการจ่ายน้ำเพิ่มขึ้นระหว่างการทำงานปกติ

(7) มีการติดตั้งอุปกรณ์เติมไอเสียและอากาศอัตโนมัติที่จุดสูงสุดของท่อเพื่อลดผลกระทบของค้อนน้ำบนท่อ