Vesivasara on putkijärjestelmän sisältämän nesteen välityksellä välitettävä iskuaalto. Perusasetus on, että vesivasara tapahtuu, kun liikkeessä oleva neste joutuu yhtäkkiä lopettamaan liikkumisen. Nesteen äkillisen pysähtymisen vauhti luo paine-aallon, joka kulkee väliaineen läpi putkijärjestelmässä ja altistaa kaiken suljetussa järjestelmässä merkittäville voimille.
Normaalisti paineaalto vaimennetaan tai häviää hyvin lyhyessä ajassa. aikaa, mutta painepiikit voivat aiheuttaa valtavia vahinkoja tuon lyhyen ajanjakson aikana.
Vesivasara on osoitus kolinaa tai kolinaa, joka äärimmäisissä tapauksissa voi osoittaa, että suuria ja kalliita vahinkoja tapahtuu paisuntasaumat, paineanturit, virtausmittarit ja putkiseinät.
Vesivasaraa voi esiintyä myös monivaiheisessa nesteessä, joka on nestemäinen väliaine, jossa on myös mukana kiinteitä aineita. Esimerkki olisi hiekkaliete tai nestemassa (joka on pohjimmiltaan vettä, joka kuljettaa massakuituja). Keskeinen tekijä on, että vesi on putkiston tärkein kuljetusväline, ja vesi voi lähettää iskuaaltoja erittäin tehokkaasti.
FLASHING VS. VESIVASARA
Vilkkuu on eräänlainen painepiikkitapahtuma. Vilkkuu höyryjärjestelmissä, joissa höyrykondensaattia (nestevettä) on kertynyt putkistoon. Tämä nestemäinen vesi voi yhtäkkiä muuttua nestemäisestä höyryksi, jonka myöhempi tilavuuslaajenemiskerroin on 400-600 kertaa. Vilkkuminen on käsiteltävä täysin eri tavoin. Vaikka on yhtä tärkeää hallita, rajoitamme tämän artikkelin tarkoituksiin keskustelut vain nestemäisiin väliaineisiin ja vesivasarameluihin.
VESIVASARAN SYYT
Vesi-vasara voi johtua väärästä. venttiilin valinta, väärä venttiilin sijainti ja joskus huono huoltokäytäntö. Tietyt venttiilit, kuten kääntöventtiilit, kallistuslevyn tarkastukset ja kaksoisluukun sulkuventtiilit, voivat myös vaikuttaa vesivasaran ongelmiin. Nämä takaiskuventtiilit ovat alttiita iskuille, koska ne tukeutuvat käänteiseen virtaukseen ja vastapaineeseen työntääkseen levyn takaisin istukkaan niin, että venttiili sulkeutuu. Jos vastavirta on voimakas, kuten pystysuorassa linjassa, jossa virtaus on normaalia ylöspäin, levy todennäköisesti törmää suurella voimalla. Seurauksena oleva isku voi vahingoittaa levyn kohdistusta niin, että se ei enää kosketa täysin 360 astetta istuinta. Tämä johtaa vuotoihin, jotka parhaimmillaan heikentävät järjestelmän tehokkuutta. Pahimmassa tapauksessa tämä voi vahingoittaa vakavasti putkistojärjestelmän muita osia.
Paikalliset, äkilliset painehäviöt ovat ainakin ärsyttäviä ja korkeintaan vakavia ongelmia. Tietyt vaiheet voivat estää tai vähentää vesivasaraa. Ensimmäinen on tutkia syitä, seurauksia ja ratkaisuja.
HYDRAULIIKKU
Vesivasaran yleisin syy on joko venttiilin sulkeutuminen liian nopeasti tai pumpun äkillinen sammuminen. Hydraulinen isku on itse asiassa nesteen paineen hetkellinen nousu putkistossa, kun neste yhtäkkiä pysäytetään. Kuten Sir Isaac Newton huomautti, liikkuvalla esineellä on taipumus pysyä liikkeessä, ellei toinen voima toimi siihen. Sen eteenpäin suuntautuvan nesteen vauhti toimii pitämään neste liikkumassa siihen suuntaan. Kun venttiili sulkeutuu yhtäkkiä tai pumppu yhtäkkiä pysähtyy, putkijärjestelmän neste venttiilin tai pumpun alavirtaan venytetään joustavasti, kunnes nesteen liikemäärä pysähtyy.
Neste haluaa sitten napsahtaa takaisin normaaliin, rasittamattomaan tilaansa, aivan kuten vapautettu pidennetty jousi. Tämä saa nesteen kulkemaan takaisin putken läpi. Takaisin virtaava neste kohtaa sitten suljetun venttiilin, mahdollisesti merkittävällä tuhoavalla voimalla. Tämän nestepaineaallon heijastus on voimakas räjähdys (ja pulssipulsseja voi olla useampi kuin yksi) (kuva 1).
Venttiilin äkillinen sulkeutuminen liittyy useimmiten neljänneskierrosta oleviin venttiileihin ja muuhun erityisesti automaattiset neljänneskierrosventtiilit. Yksinkertainen ratkaisu on sulkea nämä automaattiset neljänneskierrosventtiilit hitaammin. Tämä toimii monissa tapauksissa, mutta ei kaikissa. Esimerkiksi hätäpysäytysventtiilien on sulkeuduttava nopeasti, joten muut ratkaisut voivat olla tarpeen tämän tyyppisille sovelluksille. Lisää venttiilin sulkeutumisaikalaskelmista on jäljempänä tässä artikkelissa.
Toinen yleisin syy vesivasaralle on pumpun äkillinen sammutus. Useat pumput, jotka syötetään yhteiseen otsikkoon, kuten jäähdytystornisovelluksissa tai kaivosten vedenpoistossa, on joko suljettava hitaasti tai niissä on oltava linjassa olevat hiljaiset takaiskuventtiilit asennettuna välittömästi pumpun jälkeen. Hiljaiset takaiskuventtiilit voivat olla erittäin tehokkaita vesivasaran vähentämisessä ja joskus poistamisessa.
VESIVASARAN PAINOPIIKKIEN ENNUSTAMINEN
Vesivasaran painepiikkien suuruus on mahdollista laskea yksityiskohtaisen tietämyksen perusteella putkistosta ja kuljetettavista aineista. Vesivasaran todellinen voima riippuu nesteen virtausnopeudesta, kun se pysäytetään, ja ajanjaksosta, jonka aikana virtaus pysäytetään. Harkitse esimerkiksi 100 gallonaa vettä, joka virtaa 2 tuuman putkessa nopeudella 10 jalkaa sekunnissa. Kun virtaus pysähtyy nopeasti sulkeutuvalla venttiilillä, vaikutus vastaa 835 kilon vasaraa, joka törmää esteeseen. Jos virtaus pysäytetään alle puolessa sekunnissa (mikä voi olla venttiilin sulkeutumisnopeus), voidaan tuottaa yli 100 psi: n painepiikki, joka on suurempi kuin järjestelmän käyttöpaine.
Yhtälö piikin potentiaalisen suuruuden laskeminen on seuraava:
∆H = a / g * ∆V
∆H on pään paineen muutos
∆ V on nesteen virtausnopeuden muutos
a = akustinen nopeus väliaineessa
g = painovoima vakio
Esimerkki:
a = 4864 jalkaa sekunnissa
g = 32,2 jalkaa sekunnissa2
∆V = 5 jalkaa sekunnissa
∆H olisi 756 jalkaa (328 psi) )
Tämä arvo olettaa, että venttiili sulkeutuu hetkellisesti.
VENTTIILIN SULKEAIKA-LASKUT
Vesivasara on tietysti vakava ongelma teollisissa olosuhteissa, kuten esimerkiksi jätevedenpuhdistamo tai kunnallinen vesijärjestelmä. Päinvastoin kuin yllä olevassa esimerkissä, keskimääräinen kylpyhuonehana perustuu yleensä puolen tuuman nimelliseen viivakokoon, ja sen vedenpaine vaihtelee välillä 60-80 psi ja tuottaa noin 8-10 gallonaa minuutissa. 6 tuuman linja vedenkäsittelylaitoksessa tuottaisi 900 gallonaa minuutissa nopeudella 10 jalkaa sekunnissa. 24-tuumainen vesijohto voisi tuottaa yli 12 000 gallonaa vettä minuutissa, mikä riittää täyttämään keskimääräisen takapihan uima-altaan alle kahdessa minuutissa.
Venttiilin sulkeutumisajan peruskaava on: T = 2L / a
T = vähimmäisaika sekunteina
L = suoran putken pituus sulkuventtiilin ja seuraavan kyynärpään, tii: n tai muun muutoksen välillä
Vedelle lämpötilassa 70 ° F (21 ° C), jossa sinulla on 100 jalkaa suoraa putkea:
T = 41 millisekuntia vähimmäissulkeutumisaika
VESIVASARAN SEURAUKSET
Vesivasaran seuraukset voivat vaihdella lievistä vaikeisiin. Yleinen merkki on putkista lähtevä voimakas kolku tai vasara, varsinkin kun veden painelähde suljetaan nopeasti. Tämä on paineiskun ääni, joka osuu suljettuun venttiiliin, liitokseen tai muuhun tukokseen suurella voimalla. Tämä joskus kuurottava melu voi aiheuttaa suurta ahdistusta ja huolta, varsinkin jos ihmiset työskentelevät lähellä.
Toistuvat vesivasarat eivät kuitenkaan ole vain harmittaa. Vesivasara vahingoittaa vakavasti myös putkistoja, putkiliitoksia, tiivisteitä ja kaikkia muita järjestelmän osia (virtausmittarit, painemittarit jne.). Painepiikit voivat helposti ylittää 5-10-kertaisen järjestelmän käyttöpaineen törmäyksessä aiheuttaen siten järjestelmälle suurta rasitusta. Vesivasara aiheuttaa vuotoja järjestelmän nivelissä. Se aiheuttaa myös putken seinämän halkeamia ja putkiston tukijärjestelmien muodonmuutoksia. Vaurioituneiden putkilinjan komponenttien ja laitteiden korjaaminen tai vaihtaminen voi aiheuttaa suuria kustannuksia. Jos vuoto aiheuttaa ympäristökysymyksen, kustannukset voivat olla huikeat.
Useimmissa tilanteissa vesivasaraa pidetään turvallisuusriskinä. Vesivasaran äärimmäinen paine voi puhaltaa tiivisteet ja aiheuttaa putkien rikkoutumisen äkillisesti. Tällaisen tapahtuman läheisyydessä olevat ihmiset voivat loukkaantua vakavasti.
VESIVASARAN RATKAISUT
Vesivasaran vaikutuksia voidaan lieventää monilla tavoilla sen syystä riippuen. Yksi yksinkertaisimmista tavoista minimoida hydraulisen iskun aiheuttama vesivaara on kouluttaa ja kouluttaa käyttäjiä. Käyttäjät, jotka oppivat manuaalisten tai aktivoitujen venttiilien avaamisen ja sulkemisen tärkeyden, voivat ryhtyä varotoimiin vaikutusten minimoimiseksi. Tämä pätee erityisesti neljännekierreventtiileihin, kuten palloventtiileihin, läppäventtiileihin ja tulppaventtiileihin.
PUTKISTON SUUNNITTELUA KOSKEVAT NÄKÖKOHDAT
Vesivasaran pysäyttimet tarjoavat helpotuksen paineille, jotka johtuvat vesivasara. Nämä putkistojärjestelmän komponentit vähentävät tyypillistä melua ja siitä johtuvaa rasitusta putkijärjestelmässä toimimalla kuin iskunvaimentimet. Oikeassa koossa ja oikeassa asennuksessa vesivasaran pysäyttimet voivat olla tehokas ratkaisu.
Toisaalta tulisi välttää pumppuja, jotka tuottavat pitkän pystysuoran putken. Pystysuora jalka on joko minimoitava tai on käytettävä hiljaisia takaiskuventtiilejä, jotka on asennettu mahdollisimman lähelle pumppua.
Toinen tarkasteltava alue vesivasaran minimoimiseksi on sulkuventtiilien asentaminen pystysuoriin putkilinjoihin. Kääntötarkistukset, kallistettavat kiekot ja kaksoisoviventtiilit voidaan saada toimimaan pystysuorassa linjassa. Ne eivät kuitenkaan estä virtauksen kääntämistä tässä suunnassa.Vain hiljainen takaiskuventtiili voi toimia tässä suunnassa.
Kääntötarkistuksen, kallistuselevyn ja parioven takaiskuventtiilien äkillisestä sulkeutumisesta johtuva hydraulinen isku voidaan korjata vaihtamalla nämä venttiilit äänettömiin tai ei-sulkeutuviin Tarkista venttiilit. Hiljaiset takaiskuventtiilit sulkeutuvat, kun paine-ero pienenee venttiilin sulkuelimen poikki, eivätkä sulkeudu vastavirtauksesta. Siksi ne ovat paljon vähemmän todennäköisesti lyödä kiinni, mikä saa aikaan vesivasaran. Kun levyn poikkeava paine lähestyy venttiilin halkeilupainetta, venttiili on täysin suljettu. Tämä sallii nestevirtauksen hidastumisen, mikä antaa nestemäärän laskea ennen venttiilin täydellistä sulkeutumista ja varmistaa samalla, että nestevirta ei muutu.
Järjestelmäsuunnittelijoiden on tunnettava parhaat puolet. käytännöt ja teollisuusstandardit vesivasaran minimoimiseksi, kuten hitaasti sulkeutuvien venttiilien käyttö tarvittaessa, optimaalisten venttiilien sijainti putkijärjestelmässä ja erityisten putkisuunnittelunäkökohtien huomioiminen korkealle toimiville painejärjestelmille.
Putkistoissa on oikein suunniteltu, vesivasaran esiintymisen todennäköisyys vähenee huomattavasti tai jopa poistuu. Jo käytössä olevissa järjestelmissä vesivasaran vahingollisia vaikutuksia voidaan rajoittaa useilla merkittävillä tavoilla, kuten vesivasaran pysäyttimien asentaminen, takaiskuventtiilien siirtäminen pystysuorista viivoista, hiljaisten takaiskuventtiilien asentaminen ensisijaiseksi puolustuslinjaksi ja varmistamalla, että neljänneskierrosventtiilien toimintamenetelmät sulkeutuvat hitaasti. Huomaa, että automaattisten järjestelmien sulkemisajan tulisi olla itään kymmenen kertaa suurempi kuin kaavassa T = 2L / a laskettu.
PÄÄTELMÄ
Vesivasaraa on tutkittu monien vuosien ajan. Osa perustamistutkimuksista on peräisin 1800-luvun lopulta. Tutkimus jatkuu tänään. Monet suuret yliopistot Yhdysvalloissa, Isossa-Britanniassa ja Alankomaissa sekä arvostetut venttiilialan yritykset ovat kirjoittaneet artikkeleita eri venttiilityylien ja niiden asennettujen dynaamisten ominaisuuksien vertailusta.
Tämä artikkeli vain naarmuttaa nestemäisten transienttien kohteiden pinta tutkimalla joitain syitä ja ratkaisuja siihen, mitä yleensä kutsumme vesivasaraksi. Ratkaisut vesivasaraongelmien ratkaisemiseksi voivat olla melko kalliita, ja kuten aina, ennaltaehkäisevä unssi on kilon parannuksen arvoinen. Pystysuoriin viivoihin tai yhteisiin otsikoihin syötettävät pumput ja nopeat venttiilien suljet voidaan suunnitella prosessin alussa. Kun putkisto on paikallaan ja laitosprosessit ovat käynnissä, haasteena on löytää ratkaisut erityisvaatimusten perusteella.
Suurin osa hiljaisten takaiskuventtiilien valmistajista ymmärtää vesivasaran hyvin ja heillä on insinöörejä se voi auttaa. Ne voivat olla paras tiedonlähde oikean ratkaisun suhteen.
ARIE BREGMAN on DFT Valvesin varatoimitusjohtaja ja toimitusjohtaja. Tavoita hänet osoitteessa Tämä sähköpostiosoite on suojattu spamboteilta. Tarvitset JavaScriptin käyttääksesi sitä ..