ウォーターハンマーとは何ですか？
ウォーターハンマーとは、突然の停電やバルブの急速な閉鎖時に、圧力水流の慣性により、ハンマーで叩いたような衝撃波が発生する現象です。この衝撃波はウォーターハンマーと呼ばれます。水流の往復する衝撃波によって発生する力は、時には非常に大きく、バルブやポンプに損傷を与えることがあります。
開いているバルブを急に閉じると、水はバルブと管壁に衝突して圧力を発生させます。管壁が滑らかなため、その後の水流は慣性力によって急速に最大値に達し、損傷を引き起こします。これは流体力学における「ウォーターハンマー効果」、すなわち正のウォーターハンマーです。給水管の建設においては、この要因を考慮する必要があります。
逆に、閉じたバルブを急に開けると、ウォーターハンマー（負のウォーターハンマー）が発生します。これも一定の破壊力を持ちますが、前者ほど大きくはありません。電動送水ポンプユニットが突然電源を失ったり起動したりすると、圧力衝撃とウォーターハンマー効果が発生します。この圧力の衝撃波は配管に沿って伝播し、配管の局所的な過圧を容易に引き起こし、配管の破裂や機器の損傷につながる可能性があります。そのため、ウォーターハンマー効果の防止は、給水工学における重要な技術の一つとなっています。
ウォーターハンマーの条件
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. 高所への単管給水（給水地形の高低差が20メートルを超えるもの）
4. ポンプの全揚程（または作動圧力）が大きい。
5. 水道管内の水の流速が速すぎる。
6.水道管が長すぎて地形が大きく変化します。
ウォーターハンマーの危険性
ウォーターハンマーによる圧力上昇は、パイプラインの通常の作動圧力の数倍、あるいは数十倍に達することもあります。このような大きな圧力変動は、主に以下のような形でパイプラインシステムに悪影響を及ぼします。
1. パイプラインの激しい振動やパイプラインジョイントの外れを引き起こす。
2. バルブが破損し、深刻な圧力が高すぎてパイプが破裂し、給水ネットワークの圧力が低下します。
3. 逆に圧力が低すぎるとパイプが潰れ、バルブや固定部品が損傷します。
4. 水ポンプが逆転し、ポンプ室内の設備や配管が損傷し、ポンプ室が深刻に水没し、人的被害やその他の重大な事故が発生し、生産と生活に影響を及ぼします。
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と、ウォーターハンマー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。送水管を敷設する際には、こぶや急激な勾配の変化を避けるように配慮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大きさは、主にポンプ室の幾何学的揚程に関係しています。幾何学的揚程が高いほど、ポンプ停止時のウォーターハンマーは大きくなります。したがって、実際の地域状況に応じて適切なポンプ揚程を選択する必要があります。事故でポンプを停止した後は、チェックバルブの後ろのパイプラインが水で満たされるまで待ってからポンプを起動してください。ポンプを起動するときに送水ポンプの出口バルブを完全に開かないでください。そうしないと、大きな水の影響が発生します。多くのポンプ場で発生する重大なウォーターハンマー事故のほとんどは、このような状況で発生しています。
2.ウォーターハンマー除去装置を設置する
（１）定圧制御技術の採用：
給水管網の圧力は、運転条件の変化に応じて絶えず変化するため、システム運転中に低圧または過圧状態が頻繁に発生し、ウォーターハンマーが発生しやすくなり、配管や機器の損傷につながります。配管網の圧力制御には自動制御システムを採用しています。水圧を検知し、フィードバック制御で水ポンプの起動・停止・速度調整を行い、流量を制御し、圧力を一定に保ちます。マイコン制御によりポンプの給水圧力を設定し、一定圧力の給水を維持し、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リスクを低減します。
（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、自動的にドレンが開き、排水します。圧力を逃がすことで、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します。一般的に、エリミネーターは機械式と油圧式の2種類に分けられます。
3) 大口径水ポンプの出口パイプにゆっくり閉じるチェックバルブを取り付ける
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、バルブ作動時に一定量の水の逆流が発生するため、吸引井にはオーバーフロー管が必要です。 スロークローズチェックバルブには、ハンマータイプとエネルギー貯蔵タイプの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。 通常、停電後3〜7秒以内にバルブの70％〜80％が閉じられ、残りの20％〜30％の閉鎖時間は、水ポンプとパイプラインの状態に応じて調整され、通常は10〜30秒の範囲です。 パイプラインにこぶがある場合、スロークローズチェックバルブはウォーターハンマーを橋渡しするのに非常に効果的であることは注目に値します。
（4）一方通行のサージタワーを設置する
ポンプ場付近またはパイプラインの適切な位置に設置され、一方向サージタワーの高さは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、サージタワーはパイプラインに水を供給し、水柱の破裂を防ぎ、ウォーターハンマーを回避します。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減圧効果には限界があります。また、一方向サージタワー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、重大な事故につながる可能性があります。
（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運転しているときは、ポンプの加圧水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。停電によりポンプが突然停止すると、ポンプ場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、吸水本管内の一時的な高圧水は、チェックバルブプレートを押しのけて加圧水本管に流れ込み、そこでの低水圧を増加させる一時的な低圧水となります。一方、水ポンプの吸込側のウォーターハンマーブーストも減少します。このようにして、ポンプ場の両側のウォーターハンマーの上昇と下降が制御され、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の設定
長い給水管には、1つまたは複数のチェックバルブを追加し、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プロセス中に給水管内の水が逆流すると、チェックバルブが次々と閉じられ、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、水の流れが減少します。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、通常運転中に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）ウォーターハンマーがパイプラインに与える影響を軽減するために、パイプラインの高い箇所に自動排気装置と給気装置が設置されている。
投稿日時: 2022年11月23日