A vízkalapács a csőrendszerben lévő folyadékon keresztül továbbított lökéshullám. A legalapvetőbb magyarázat az, hogy a vízkalapács akkor fordul elő, amikor a mozgásban lévő folyadék hirtelen megállásra kényszerül. A folyadék hirtelen leállásának nyomása nyomáshullámot hoz létre, amely a csővezetéken belüli közegen halad át, és a zárt rendszerben mindent jelentős erőknek tesz ki.
A nyomáshullám általában nagyon rövid idő alatt csillapodik vagy eloszlik. sok idő alatt, de a nyomástüskék hatalmas károkat okozhatnak ebben a rövid időszakban.
A vízkalapácsot dörömbölő vagy dörömbölő hang bizonyítja, amely szélsőséges esetekben azt jelezheti, hogy jelentős és költséges károk keletkeznek tágulási hézagok, nyomásérzékelők, áramlásmérők és csőfalak.
Vízkalapács is előfordulhat egy többfázisú folyadékban, amely folyékony közeg, amely magába foglalja a szilárd anyagokat is. Ilyen például a homokszuszpenzió vagy a folyékony cellulóz (amely alapvetően a rostszálakat szállító víz). A legfontosabb tényező, hogy a víz a fő szállítóközeg a csőrendszerben, és a víz nagyon hatékonyan képes továbbítani a lökéshullámokat.
FLASHING VS. VÍZKALAPÁS
A villogás egy másfajta nyomástüske esemény. Villogás történik olyan gőzrendszerekben, ahol a csőrendszerben gőzkondenzátum (folyékony víz) halmozódott fel. Ez a folyékony víz hirtelen folyadékból gőzzé alakulhat át, majd 400-600-szoros térfogat-tágulási tényezővel. A villogással teljesen más módon kell foglalkozni. Bár ugyanolyan fontos az irányítás, a cikk alkalmazásában csak folyékony közegekre és víztüzelésű zajokra korlátozódunk.
A VÍZKALAPÁS OKAI
A vízi kalapács a nem megfelelő működésből származhat. a szelep kiválasztása, a szelep helytelen elhelyezése és néha rossz karbantartási gyakorlat. Bizonyos szelepek, például lengő visszacsapó szelepek, dönthető tárcsaellenőrzők és dupla ajtós visszacsapó szelepek is hozzájárulhatnak a vízkalapácsos problémákhoz. Ezek a visszacsapó szelepek hajlamosak lecsapódni, mert a hátramenetben és az ellennyomásban támaszkodnak arra, hogy a lemezt visszaszorítsák az ülésre, hogy a szelep bezáruljon. Ha a fordított áramlás erőteljes, mint például egy függőleges vonal esetén, amelynek normális áramlása felfelé irányul, akkor a lemez valószínűleg nagy erővel csapódik le. Az ebből eredő ütés károsíthatja a lemez beállítását, így az már nem érheti teljes, 360 fokos érintkezését az üléssel. Ez olyan szivárgásokhoz vezet, amelyek a legjobb esetben aláássák a rendszer hatékonyságát. A legrosszabb esetben ez komoly károkat okozhat a csővezeték egyéb elemeiben.
A lokalizált, hirtelen nyomásesések legalább bosszúságot jelentenek, és legfeljebb komoly problémát jelentenek. Bizonyos lépések megakadályozhatják vagy enyhíthetik a vízkalapácsot. Az első az okok, következmények és megoldások tanulmányozása.
HIDRAULIKUS ÜTÉS
A vízkalapács leggyakoribb oka vagy a szelep túl gyors záródása, vagy a szivattyú hirtelen leállítása. A hidraulikus sokk valójában a folyadék nyomásának pillanatnyi emelkedése a csőrendszerben, amikor a folyadék hirtelen leáll. Amint Sir Isaac Newton megfigyelte, egy mozgásban lévő tárgy hajlamos mozgásban maradni, hacsak más erő nem hat rá. Az előrefelé haladó folyadék lendülete működni fog, hogy a folyadék ebben az irányban mozogjon. Amikor egy szelep hirtelen bezár, vagy egy szivattyú hirtelen leáll, a csővezetékben lévő folyadék a szelep vagy a szivattyú után elasztikusan nyúlik, amíg a folyadék lendülete le nem áll.
A folyadék ezután vissza akar térni normális, feszültségmentes állapotába, hasonlóan a meghosszabbított rugóhoz. Ennek eredményeként a folyadék visszafordul a csövön. Ezután a visszafolyó folyadék találkozik a zárt szeleppel, potenciálisan jelentős pusztító erővel. Ennek a folyadéknyomás-hullámnak a visszhangja a hangos durranás (és több nyomásimpulzus is lehet) (1. ábra).
A hirtelen szelepzáródás leggyakrabban negyedfordulatú szeleptípusokhoz és így tovább társul konkrétan automatizált negyedfordulatú szelepek. Egyszerű megoldás az automatizált negyedfordulatú szelepek lassabb bezárása. Ez sok esetben működik, de nem mindegyikben. Például a vészleállító szelepeknek gyorsan le kell zárniuk, ezért más megoldásokra lehet szükség az ilyen típusú alkalmazásokhoz. A szelepzárási idő számításairól bővebben a cikk később tartalmaz.
A vízkalapács másik leggyakoribb oka a szivattyú hirtelen leállása. Több szivattyút táplálnak egy közös fejlécbe, például hűtőtornyos alkalmazásoknál vagy aknák víztelenítésénél, vagy lassan le kell állítani, vagy azonnal be kell szerelni a vezeték nélküli csendes visszacsapó szelepeket a szivattyú után. A csendes visszacsapó szelepek rendkívül hatékonyak lehetnek a vízkalapács csökkentésében és esetenként megszüntetésében.
A VÍZKALAPÁS NYOMÁSSZÖGÉNEK ELŐREJELZÉSE
Lehetőség van a vízkalapács nyomástüskéinek nagyságának kiszámítására a csőrendszer és a szállított közeg részletes ismeretei alapján. A vízkalapács tényleges ereje függ a folyadék áramlási sebességétől, amikor leáll, és az az időtartam, amely alatt az áramlás leáll. Vegyünk például 100 liter vizet, amely 2 hüvelykes csőben áramlik 10 láb / másodperc sebességgel. Amikor az áramlást gyorsan leállítja egy gyorsan záródó szelep, akkor a hatás megegyezik egy 835 fontos kalapáccsal, amely egy sorompónak csapódik. Ha az áramlás fél másodpercnél rövidebb idő alatt leáll (ez lehet a szelep zárási sebessége), akkor a rendszer üzemi nyomásánál nagyobb, 100 psi feletti nyomáscsúcs keletkezhet.
Az egyenlet a tüske potenciális nagyságának kiszámítása a következő:
∆H = a / g * ∆V
∆H a fejnyomás változása
∆ V a folyadék áramlási sebességének változása
a = akusztikus sebesség a közegben
g = gravitációs állandó
Például:
a = 4864 láb / másodperc
g = 32,2 láb / másodperc2
∆V = 5 láb / másodperc
∆H 756 láb (328 psi )
Ez az érték feltételezi, hogy azonnali szelepzárás létezik.
SZELEPZÁR IDŐSZÁMÍTÁS
A vízkalapács nyilvánvalóan komoly probléma ipari környezetben, például szennyvíztelep vagy települési vízrendszer. A fenti példával ellentétben az átlagos fürdőszobai csaptelep általában egy fél hüvelykes névleges vezetékméreten alapszik, és a víznyomása 60-80 psi között mozog és körülbelül 8-10 gallon / perc. Egy 6 hüvelykes vezeték egy víztisztító üzemben percenként 900 gallont szállítana, 10 láb / másodperc sebességgel. Egy 24 hüvelykes vízvezeték percenként több mint 12 000 gallon vizet tudna leadni, ami elegendő ahhoz, hogy kevesebb mint két perc alatt kitöltse a hátsó udvar átlagos medencéjét.
A szelepzárási idő alapképlete: T = 2L / a
T = minimális idő másodpercben
L = az egyenes cső hossza a záró szelep és a következő könyök, póló vagy más változás között
Vízhez 21 ° C hőmérsékleten, ahol 100 láb egyenes cső van:
T = 41 milliszekundum minimális zárási idő
A VÍZKALAPÁS KÖVETKEZMÉNYEI
A vízkalapács következményei enyhétől a súlyosig terjedhetnek. Gyakori jel a hangos dörömbölés vagy kalapálás hangja, amely a csövekből fakad, különösen a víznyomás-forrás gyors kikapcsolása után. Ez annak a hangnak a nyomása, amely nagy erővel zárt szelepet, ízületet vagy egyéb eltömődést ér el. Ez a néha fülsiketítő zaj nagy szorongást és aggodalmat okozhat, különösen, ha az emberek a közelben dolgoznak.
A vízkalapács ismételt előfordulása azonban nem csak bosszúság. A vízkalapács súlyosan károsítja a csővezetékeket, a csőkötéseket, a tömítéseket és a rendszer összes többi elemét (áramlásmérők, nyomásmérők stb.). A nyomástüskék ütközéskor könnyen meghaladhatják a rendszer üzemi nyomásának 5-10-szeresét, ezáltal nagy terhelést okozva a rendszernek. A vízkalapács szivárgást okoz a rendszer ízületeiben. Ez a csőfal repedéseit és a csővezeték-tartó rendszerek deformációját is okozza. A sérült csővezeték alkatrészek és berendezések javítása vagy cseréje meredek költségekkel járhat. Ha a kiömlés környezeti problémát eredményez, a költségek megdöbbentőek lehetnek.
A legtöbb helyzetben a vízkalapács biztonsági veszélynek számít. A vízkalapács rendkívüli nyomása kifújhatja a tömítéseket, és a csövek hirtelen megrepedését okozhatja. Az ilyen esemény közelében tartózkodó emberek súlyosan megsérülhetnek.
MEGOLDÁSOK A VÍZKALAPÁSHOZ
A vízkalapács okozta hatások enyhítésére – annak okától függően – számos mód van. A hidraulikus sokk okozta vízkalapács minimalizálásának egyik legegyszerűbb módja az üzemeltetők képzése és oktatása. Azok az üzemeltetők, akik megtanulják a kézi vagy működtetett szelepek megfelelő nyitásának és bezárásának fontosságát, óvintézkedéseket tehetnek a hatások minimalizálása érdekében. Ez különösen igaz a negyedfordulatú szelepekre, például a gömbcsapokra, a pillangószelepekre és a dugattyús szelepekre. víz kalapács. Ezek a csővezeték-alkatrészek lengéscsillapítóként működve csökkentik a csővezeték-rendszer jellegzetes zaját és az ebből eredő stresszt. Megfelelő méretezés és beépítés esetén a vízkalapács-levezetők hatékony megoldást jelenthetnek.
Másrészt el kell kerülni azokat a szivattyúkat, amelyek hosszú távon függőleges csőbe jutnak. A függőleges lábat vagy minimálisra kell csökkenteni, vagy a szivattyúhoz a lehető legközelebb telepített csendes visszacsapó szelepeket kell használni.
A vízkalapács minimalizálásának másik szempontja a visszacsapó szelepek függőleges csővezetékbe történő beépítése. A lengésellenőrzések, a billenő tárcsák és a duplaajtós szelepek függőleges vonalban működhetnek. Azonban nem akadályozzák meg az áramlás megfordítását ebben az irányban.Csak egy csendes visszacsapó szelep működhet ebben az irányban.
A lengésellenőrzés, a billenő tárcsa és a duplaajtós visszacsapó szelepek hirtelen bezáródásából eredő hidraulikus sokk orvosolható úgy, hogy ezeket a szelepeket néma vagy nem ütődéssel cserélik ellenőrizd a szelepeket. A csendes visszacsapó szelepek a szelep záróelemén át eső nyomáskülönbség csökkenésével záródnak, ahelyett, hogy visszafolyásból zárnának. Így sokkal kevésbé valószínű, hogy becsapódnak, ami vízkalapácsot indukál. Amikor a tárcsa nyomáskülönbsége megközelíti a szelep repedésnyomását, a szelep teljesen becsukódott. Ez lehetővé teszi a folyadék áramlásának lassulását, ami lehetővé teszi a folyadék lendületének csökkenését a szelep teljes bezárása előtt, miközben biztosítja, hogy a folyadék áramlása ne forduljon meg.
A rendszer tervezőinek ismerniük kell a legjobbakat gyakorlatok és ipari szabványok a vízkalapács minimalizálására, például adott esetben lassan záródó szelepek használata, az optimális szelephelyzet ismerete a csőrendszeren belül és a csővezeték kialakításának speciális szempontjai a magas működési nyomású rendszereknél.
Csőrendszereknél megfelelően vannak megtervezve, a vízkalapács bekövetkezésének valószínűsége nagymértékben csökken, vagy akár megszűnik. A már működő rendszerekben a vízkalapács káros hatásai számos jelentős módon korlátozhatók, például vízkalapács-elzárók felszerelésével, visszacsapó szelepek áthelyezésével függőleges vonalakból, csendes visszacsapó szelepek telepítésével elsődleges védelmi vonalként és a negyedfordulatú szelepek üzemeltetési eljárásainak lassú záródási sebessége. Ne feledje, hogy az automatizált rendszerek bezárási idejének keleten kell lennie annak a tízszeresének, amelyet a T = 2L / a képlet számol.
KÖVETKEZTETÉS
A vízkalapácsot sok éve tanulmányozták. Az alapító kutatások egy része a 19. század végére nyúlik vissza. A kutatás ma folytatódik. Számos nagy egyetem az Egyesült Államokban, az Egyesült Királyságban és Hollandiában, valamint a köztiszteletben álló szelepgyártó cégek cikkeket írtak a visszacsapó szelepek különféle stílusainak és beépített dinamikai jellemzőinek összehasonlításáról.
Ez a cikk csak megvakarja a a folyékony tranziensek aljának felszínét azáltal, hogy feltárjuk az általunk vízkalapácsnak nevezett okokat és megoldásokat. A vízkalapácsos problémák megoldása meglehetősen költséges lehet, és mint mindig, egy uncia megelőzés is megér egy font gyógyulást. A függőleges vonalakba vagy a közös fejlécekbe tápláló szivattyúkat és a gyors szelepzárásokat mind a kezdetek kezdetén meg lehet tervezni. Amint a csövek helyben vannak és az üzemi folyamatok folyamatban vannak, a kihívás az, hogy megoldásokat találjanak, figyelembe véve a sajátos korlátokat.
Az in-line csendes visszacsapó szelepek legtöbb gyártója nagyon jól megérti a vízkalapácsot és mérnökökkel rendelkezik ez segíthet. Ők lehetnek a legjobb tudásforrások, amikor a megfelelő megoldásról van szó.
ARIE BREGMAN a DFT Valves alelnöke és vezérigazgatója. Elérheti őt itt: Ezt az e-mail címet a spamrobotok ellen védjük. Engedélyezni kell a JavaScript használatát a megtekintéshez.