1/コンセプト

ウォーターハンマーはウォーターハンマーとも呼ばれます。水（またはその他の液体）の輸送中に、急激な開閉によってApiバタフライバルブ, ゲートバルブバルブをチェックし、ボールバルブ水ポンプの急停止、ガイドベーンの急開閉などにより、流量が急激に変化し、圧力が大きく変動します。ウォーターハンマー効果とは、鮮明な言葉で、水ポンプの始動・停止時に水流が配管に衝突することで発生する激しいウォーターハンマー現象を指します。水道管内では、管内壁が滑らかで水が自由に流れるためです。開いているバルブを急に閉じたり、給水ポンプを停止したりすると、水流がバルブや配管壁、主にバルブやポンプに圧力を発生させます。配管壁が滑らかなので、その後の水流の慣性作用により、油圧が急速に最大となり、破壊的な影響を及ぼします。これが油圧における「ウォーターハンマー効果」、つまり正ウォーターハンマーです。逆に、閉じているバルブを急に開けたり、給水ポンプを始動したりすると、負ウォーターハンマーと呼ばれるウォーターハンマーが発生しますが、前者ほど大きくはありません。圧力の衝撃により、パイプ壁に応力がかかり、ハンマーでパイプを叩いたときのような騒音が発生するため、ウォーター ハンマー効果と呼ばれます。

2/危険

ウォーターハンマーによって発生する瞬間的な圧力は、配管内の通常の運転圧力の数十倍、あるいは数百倍に達することがあります。このような大きな圧力変動は、配管システムに激しい振動や騒音を引き起こし、バルブジョイントを損傷する可能性があり、配管システムに極めて大きな損害を与えます。ウォーターハンマーを防止するには、配管システムを適切に設計し、流量が高すぎないようにする必要があります。一般的に、配管の設計流量は3m/s未満とし、バルブの開閉速度を制御する必要があります。
ポンプの始動、停止、バルブの開閉が速すぎると、水の速度が急激に変化します。特に、ポンプの急停止によって発生するウォーターハンマーは、パイプライン、ウォーターポンプ、バルブを損傷し、ウォーターポンプが逆回転して配管網の圧力を低下させる可能性があります。ウォーターハンマー効果は非常に破壊的です。圧力が高すぎるとパイプが破裂します。逆に、圧力が低すぎるとパイプが崩壊し、バルブや固定具が損傷します。非常に短時間で、水の流量はゼロから定格流量まで増加します。流体には運動エネルギーとある程度の圧縮性があるため、非常に短時間で流量が大きく変化すると、パイプラインに高圧と低圧の影響が生じます。

3/生成

ウォーターハンマーの原因は様々ですが、一般的な要因は次のとおりです。

1. バルブが突然開いたり閉じたりする。

2. 水ポンプユニットが突然停止または起動する。

3. 一本のパイプで高所まで水を運ぶ（給水地形の高低差が20メートルを超える）。

4 . 水ポンプの全揚程（または作動圧力）が大きい。

5. 水道管内の水流速度が速すぎる。

6.水道管が長すぎて地形が大きく変化します。
7. 水道管工事における不規則な施工は隠れた危険である
（１）例えば、Ｔ型継手、エルボ、レデューサー及びその他の継手用のセメント製押橋脚の製造は、要件を満たしていない。
「埋設硬質塩化ビニル製給水管工事技術規定」によると、直径110mm以上のT字管、エルボ管、レデューサー管などの継手には、管路の移動を防止するため、セメント製の突杭を設置する必要があります。「コンクリート突杭」はC15グレード以上とし、掘削した元の土台と溝の法面上に現場で打設する必要があります。一部の建設業者は、スラスト杭の役割を十分に考慮していません。パイプラインの横に木の杭を打ち付けたり、鉄の爪をくさびで固定したりして、スラスト杭として機能させています。セメント杭の容積が小さすぎたり、元の土壌に注入されなかったりすることがあります。一方、スラスト杭の強度が不十分な場合もあります。その結果、パイプラインの運用中にスラスト杭が機能せず、役に立たなくなり、T字継手やエルボなどの配管継手の位置ずれや損傷を引き起こします。
（２）自動排気弁が設置されていないか、または設置位置が不合理である。
油圧の原理に基づき、山岳地帯や起伏の大きい丘陵地帯では、パイプラインの高所に自動排気弁を設計・設置する必要があります。起伏の少ない平野部であっても、溝を掘る際には人工的にパイプラインを設計する必要があります。起伏があり、周期的に上昇または下降し、勾配は1/500以上で、1キロメートルごとに最高地点に1～2個の排気弁を設置します。
パイプライン内の水輸送の過程で、パイプライン内のガスが漏れ出し、パイプラインの隆起部に蓄積し、空気閉塞を引き起こす可能性があります。パイプライン内の水流量が変動すると、隆起部に形成された空気ポケットが圧縮と膨張を繰り返し、ガスは圧縮後に発生する圧力が水の圧縮後に発生する圧力の数十倍、あるいは数百倍にもなります（公表：Pump Butler）。このパイプラインのこの部分には潜在的な危険があり、次のような状況につながる可能性があります。
• パイプの上流に水が流れた後、滴り落ちていた水は下流に消えます。これは、パイプ内のエアバッグが水の流れを遮断し、水柱を分離させるためです。
• パイプライン内の圧縮ガスが限界まで圧縮され、急速に膨張してパイプラインが破裂します。
• 高水位の水源から一定の速度で重力流によって下流へ水が輸送される場合、上流側のバルブを急速に閉じた後も、高低差と流量の慣性により、上流管内の水柱はすぐには停止せず、依然として一定の速度で移動し、その速度で下流へ流れます。このとき、空気が間に合うように補給されないため、管路内に真空状態が発生し、負圧によって管路が収縮し、損傷を引き起こします。
（３）溝及び埋め戻し土が基準に適合していない。
山岳地帯では、主に特定の場所に石が多いため、不適格な溝がよく見られます。溝は手作業で掘られたり、爆薬で爆破されたりします。溝の底はひどく凹凸があり、鋭い石が突き出ています。このような場合、関連規制に従って、パイプラインを敷設する前に、溝の底の石を取り除き、15センチメートル以上の砂を敷設する必要があります。しかし、建設作業員は無責任であったり、手抜きをして、砂を敷いたり、象徴的に砂を敷いたりせずに砂を直接敷いたりしました。パイプラインは石の上に敷設されています。埋め戻しが完了し、水が稼働すると、パイプライン自体の重量、垂直土圧、パイプラインへの車両荷重、重力の重ね合わせにより、パイプラインの底にある1つまたは複数の鋭利な隆起した石によって支えられます。過度の応力集中により、パイプラインはこの場所で損傷し、この場所で直線的に亀裂が生じる可能性が非常に高くなります。これはよく「スコアリング効果」と呼ばれます。

4/対策

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、ウォーターハンマーが発生する原因に応じて異なる対策を講じる必要があります。
1. 送水管の流量を減らすことで、ある程度ウォーターハンマー圧を低減できますが、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。送水管を敷設する際には、こぶや急激な勾配の変化を避け、送水管の長さを短くするよう配慮する必要があります。送水管が長いほど、ポンプ停止時のウォーターハンマー値は大きくなります。1つのポンプ場から2つのポンプ場へ接続する場合は、2つのポンプ場を吸水井で接続します。
ポンプ停止時のウォーターハンマー

いわゆるポンプ停止ウォーターハンマーとは、突然の停電などによりバルブが開閉停止した際に、水ポンプや圧力配管内の流速が急激に変化することで発生する水圧衝撃現象を指します。例えば、電力系統や電気設備の故障、水ポンプユニットの偶発的な故障などにより、遠心ポンプがバルブを開閉停止し、ポンプ停止時にウォーターハンマーが発生する可能性があります。ポンプ停止時のウォーターハンマーの大きさは、主にポンプ室の幾何ヘッドに関係しています。幾何ヘッドが高いほど、ポンプ停止時のウォーターハンマー値が大きくなります。したがって、実際の現場状況に基づいて適切なポンプヘッドを選択する必要があります。

ポンプ停止時のウォーターハンマーの最大圧力は、通常運転圧力の200%、あるいはそれ以上に達する可能性があり、配管や機器を破壊する可能性があります。一般的な事故では「漏水」や断水が発生し、深刻な事故ではポンプ室の浸水、機器の損傷、施設の損傷、さらには人身傷害や死亡につながる可能性があります。

事故によりポンプを停止した後は、逆止弁の後ろの配管が満水になるまで待ってからポンプを始動してください。ポンプ始動時に水ポンプ出口バルブを完全に開かないでください。そうしないと、大きな水圧が発生します。多くのポンプ場では、このような状況で大規模なウォーターハンマー事故が発生することがよくあります。

2.ウォーターハンマー除去装置を設置する
（１）定電圧制御技術の使用
PLC自動制御システムは、可変周波数速度でポンプを制御し、給水ポンプ室システム全体の動作を自動制御するために使用されます。給水管網の圧力は動作条件の変化に応じて変化し続けるため、システムの動作中に低圧または過圧が頻繁に発生し、ウォーターハンマーが発生しやすく、配管や機器の損傷につながります。PLC自動制御システムは、配管網の制御に使用されます。圧力を検出し、給水ポンプの起動と停止、速度調整のフィードバック制御、流量制御を行い、圧力を一定レベルに維持します。ポンプの給水圧力は、マイクロコンピュータを制御することで設定でき、一定の圧力給水を維持し、過度の圧力変動を回避します。ウォーターハンマーの発生確率が低減されます。
（2）ウォーターハンマー除去装置を設置する
この装置は主にポンプ停止時のウォーターハンマー現象を防止するもので、通常は送水ポンプの出口配管付近に設置されます。配管自体の圧力を動力源として、低圧自動作動を実現します。つまり、配管内の圧力が設定保護値を下回ると、排水口が自動的に開き、排水します。圧力開放は、局所的な配管圧力のバランスを取り、ウォーターハンマーが機器や配管に与える影響を防止するために使用されます。エリミネーターは、一般的に機械式と油圧式の2種類に分けられます。機械式エリミネーターは作動後に手動で復帰させるのに対し、油圧エリミネーターは自動的に復帰させることができます。
（３）大口径水ポンプ出口管にゆっくり閉じる逆止弁を設置する

ポンプ停止時のウォーターハンマーを効果的に排除できますが、ポンプが停止すると一定量の水が逆流するため、アピ609バルブが作動する前に、吸水井にオーバーフロー管を設置する必要があります。 スロークローズチェックバルブには、ハンマー式と蓄電式の2種類があります。 このタイプのバルブは、必要に応じてバルブの閉鎖時間を一定の範囲内で調整できます（フォロー歓迎：Pump Butler）。 通常、停電後3～7秒以内にバルブは70％～80％閉じます。 残りの20％～30％の閉鎖時間は、水ポンプとパイプラインの状況に応じて調整され、通常は10～30秒の範囲です。 パイプラインにこぶがあり、ウォーターハンマーが発生する場合、スロークローズチェックバルブの役割は非常に限られていることに注意してください。
（4）一方向圧力調整塔を設置する
ポンプ場の近く、またはパイプライン上の適切な場所に建設され、一方向サージタワーの高さはそこのパイプライン圧力よりも低くなっています。パイプライン内の圧力がタワー内の水位よりも低い場合、圧力調整塔はパイプラインに水を補給して水柱が破裂するのを防ぎ、ウォーターハンマーを橋渡しします。ただし、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、例えばバルブ閉鎖ウォーターハンマーに対する圧力低減効果には限界があります。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。弁が故障すると、大きなウォーターハンマーを引き起こす可能性があります。
（５）ポンプ場にバイパス管（バルブ）を設置する
ポンプシステムが正常に動作している場合、ポンプの圧力側の水圧が吸入側の水圧よりも高いため、チェックバルブは閉じています。 偶発的な停電によりポンプが突然停止すると、水ポンプステーションの出口の圧力が急激に低下し、吸入側の圧力が急激に上昇します。 この差圧により、吸込水本管内の一時的な高圧水がチェックバルブの弁板を押し開き、加圧水本管内の一時的な低圧水に流れ込み、そこの低水圧が上昇します。 一方、水ポンプの吸込側のウォーターハンマー圧力の上昇も減少します。 このようにして、水ポンプステーションの両側のウォーターハンマーの上昇と圧力降下が制御され、ウォーターハンマーの危険性を効果的に低減および防止します。
（6）多段チェックバルブを設置する
長い水道管の場合は、1本以上のチェックバルブ、給水管をいくつかのセクションに分割し、各セクションにチェックバルブを設置します。ウォーターハンマー中に給水管内の水が逆流すると、各チェックバルブが順番に閉じられ、バックフラッシュフローがいくつかのセクションに分割されます。給水管の各セクション（またはバックフラッシュフローセクション）の静水頭が非常に小さいため、水流量が減少します。ハンマーブースト。この保護対策は、幾何学的な給水高差が大きい場合に効果的に使用できますが、水柱分離の可能性を排除することはできません。最大の欠点は、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。