Vannhammer er en sjokkbølge som overføres gjennom væske i et rørsystem. Den mest grunnleggende forklaringen er at vannhammer oppstår når en væske i bevegelse plutselig blir tvunget til å slutte å bevege seg. Momentet til væsken som brått stopper, skaper en trykkbølge som beveger seg gjennom media i rørsystemet, og utsetter alt i det lukkede systemet for betydelige krefter.
Normalt blir trykkbølgen dempet eller spredt på veldig kort tid. tid, men trykkspydene kan gjøre enorm skade i løpet av den korte perioden.
Vannhammer fremgår av en dunkende eller smellende lyd som i ekstreme tilfeller kan indikere at omfattende og kostbare skader oppstår på ekspansjonsfuger, trykksensorer, strømningsmåler og rørvegger.
Vannhammer kan også forekomme i en flerfasevæske, som er et flytende medium som også har med seg faste stoffer. Et eksempel kan være sandoppslemming eller flytende masse (som i utgangspunktet er vann som transporterer massefibrene). Nøkkelfaktoren er at vann er det viktigste transportmediet i rørsystemet, og vann kan overføre sjokkbølger veldig effektivt.
FLASHING VS. WATER HAMMER
Blinkende er en annen type trykkstikkhendelse. Blinking forekommer i dampsystemer hvor dampkondensat (flytende vann) har samlet seg i rørsystemet. Dette flytende vannet kan plutselig omdannes fra en væske til en damp med en påfølgende volumetrisk ekspansjonsfaktor på 400-600 ganger. Blinking må håndteres på helt forskjellige måter. Selv om det er like viktig å kontrollere, begrenser vi diskusjonene våre til kun flytende medier og vannhammerlyder.
Årsaker til vannhammer
Vannhammer kan skyldes feil ventilvalg, feil ventilplassering og noen ganger dårlig vedlikeholdspraksis. Enkelte ventiler, som svingventiler, vippeskivekontroller og doble dørventiler kan også bidra til problemer med vannhammer. Disse tilbakeslagsventilene er utsatt for å smelle fordi de er avhengige av reverserende strømning og mottrykk for å skyve skiven tilbake på setet slik at ventilen lukkes. Hvis omvendt strømning er kraftig, som i tilfelle en vertikal linje med normal strømning oppover, vil trolig skiven smelle med mye kraft. Det resulterende sjokket kan skade justeringen av platen slik at den ikke lenger gir full 360 graders kontakt med setet. Dette fører til lekkasjer som i beste fall undergraver systemets effektivitet. I verste fall kan dette gjøre alvorlige skader på andre rørsystemkomponenter.
Lokaliserte, brå trykkfall er i det minste en irritasjon og høyst et alvorlig problem. Enkelte trinn kan forhindre eller redusere vannhammer. Den første er å studere årsaker, konsekvenser og løsninger.
HYDRAULISK STØT
Den vanligste årsaken til vannhammer er enten en ventil som lukkes for raskt eller en pumpe som stenger plutselig. Hydraulisk støt er faktisk den øyeblikkelige økningen i væsketrykket i et rørsystem når væsken plutselig stoppes. Som Sir Isaac Newton observerte, har en gjenstand i bevegelse en tendens til å holde seg i bevegelse med mindre den blir handlet av en annen styrke. Momentet til væsken som beveger seg i retning fremover, vil arbeide for å holde væsken i bevegelse. Når en ventil plutselig lukkes eller en pumpe plutselig stopper, vil væsken i rørsystemet nedstrøms for ventilen eller pumpen strekkes elastisk til væskens momentum blir stoppet.
Væsken vil da snakke tilbake til sin normale, ubelastede tilstand, omtrent som en utvidet fjær som har blitt frigjort. Dette får væsken til å bevege seg tilbake gjennom røret. Den tilbakestrømmende væsken møter deretter den lukkede ventilen, potensielt med betydelig destruktiv kraft. Refleksjonen av denne flytende trykkbølgen er det høye smellet (og det kan være mer enn en trykkpuls) (figur 1).
Plutselig ventillukking er oftest forbundet med ventiltyper med kvart omdreining og mer spesifikt automatiserte ventiler med kvart sving. En enkel løsning er å lukke de automatiserte kvart-sving-ventilene saktere. Dette fungerer i mange tilfeller, men ikke alle. For eksempel må nødstengeventiler lukkes raskt, så andre løsninger kan være nødvendige for denne typen applikasjoner. Mer om beregning av ventilens stengetid er inkludert senere i denne artikkelen.
Den andre vanligste årsaken til vannhammer er plutselig pumpestopp. Flere pumper som mates inn i et vanlig topptekst, som i kjøletårnapplikasjoner eller avvanning av gruver, må enten stenges langsomt, eller så må de ha lydløse tilbakeslagsventiler installert umiddelbart etter pumpen. Lydløse tilbakeslagsventiler kan være ekstremt effektive for å redusere og noen ganger eliminere vannhammer.
FORUTSIKTNING AV VANNHAMMER TRYKKPIKER
Det er mulig å beregne størrelsen på trykkhammer fra vannhammer basert på detaljert kunnskap om rørsystemet og det transporterte mediet. Den faktiske kraften til vannhammer avhenger av strømningshastigheten til væske når den stoppes og hvor lang tid den strømmen stoppes. Tenk for eksempel på 100 liter vann som strømmer i et 2-tommers rør med en hastighet på 10 fot per sekund. Når strømmen raskt stoppes av en hurtiglukkende ventil, tilsvarer effekten den fra en 835 pund hammer som smeller inn i en barriere. Hvis strømmen stoppes på mindre enn et halvt sekund (som kan være ventilens lukehastighet), kan en trykkstikk over 100 psi større enn systemets driftstrykk genereres.
Ligningen for å beregne den potensielle størrelsen på spissen er som følger:
∆H = a / g * ∆V
∆H er endringen i hodetrykk
∆ V er endringen i fluidstrømningshastighet
a = akustisk hastighet i mediet
g = gravitasjonskonstant
Et eksempel er:
a = 4864 fot per sekund
g = 32,2 fot per sekund2
∆V = 5 fot per sekund
∆H ville være 756 fot (328 psi )
Denne verdien antas at det eksisterer en øyeblikkelig ventillukking.
BEREGNINGER FOR VENTILLUKNINGSTID
Vannhammer er åpenbart et alvorlig problem i industrielle omgivelser, for eksempel ved en avløpsanlegg eller kommunalt vannsystem. I motsetning til eksemplet ovenfor er den gjennomsnittlige badekranen vanligvis basert på en halv tomme nominell linjestørrelse og har et vanntrykk som varierer mellom 60-80 psi og leverer ca 8-10 liter per minutt. En 6-tommers linje i et vannbehandlingsanlegg vil levere 900 liter per minutt med en hastighet på 10 fot per sekund. En 24-tommers vannledning kan levere over 12.000 liter vann per minutt, nok til å fylle det gjennomsnittlige svømmebassenget i bakgården på under to minutter.
Den grunnleggende formelen for ventilens stengetid er: T = 2L / a
T = minimum tid i sekunder
L = lengde på rett rør mellom stengeventilen og neste albue, tee eller annen endring
For vann ved 70 ° F (21 ° C) hvor du har 100 fot rett rør:
T = 41 millisekunder minimum stengetid
KONSEKVENSER AV VANNHAMMER
Konsekvensene av vannhammer kan variere fra mild til alvorlig. Et vanlig tegn er en kraftig bankende eller hamrende lyd som kommer fra rørene, spesielt etter at en vanntrykkilde blir slått av raskt. Dette er lyden av trykkstøtbølgen som treffer en lukket ventil, ledd eller annen blokkering med høy kraft. Denne noen ganger øredøvende støyen kan være en kilde til stor nød og bekymring, spesielt hvis folk jobber i nærheten.
Gjentatte forekomster av vannhammer er imidlertid ikke bare en irritasjon. Vannhammer skader også rørledninger, rørfuger, pakninger og alle de andre komponentene i systemet (strømningsmåler, trykkmålere osv.). Trykkpiggene kan lett overstige 5 til 10 ganger arbeidstrykket til systemet ved støt, og derved legge mye belastning på systemet. Vannhammer forårsaker lekkasjer i leddene i systemet. Det forårsaker også rørveggsprekker og deformasjon av rørstøttesystemer. Reparasjon eller utskifting av ødelagte rørledningsdeler og utstyr kan medføre bratte kostnader. Hvis utslippet resulterer i et miljøproblem, kan kostnadene være svimlende.
I de fleste situasjoner betraktes hammer som en sikkerhetsfare. Det ekstreme trykket av vannhammer kan blåse ut pakninger og føre til at rør brister plutselig. Mennesker i nærheten av en slik hendelse kan bli alvorlig skadet.
LØSNINGER FOR VANNHAMMER
Det er mange måter å redusere effekten av vannhammer, avhengig av årsaken. En av de enkleste metodene for å minimere vannhammer forårsaket av hydraulisk støt er å trene og utdanne operatører. Operatører som lærer seg viktigheten av å åpne og lukke manuelle eller betjente ventiler ordentlig, kan ta forholdsregler for å minimere effekten. Dette gjelder spesielt for kvart-omgangsventiler som kuleventiler, sommerfuglventiler og pluggventiler.
RØRDESIGN OVERVÅGNINGER
Vannhammeravstøpere gir et avlastningspunkt for trykkstikk forårsaket av vannhammer. Disse rørsystemkomponentene reduserer den karakteristiske støyen og resulterende belastning på rørsystemet ved å fungere som en støtdemper. Når dimensjoner og installasjon er riktig, kan hammervernere være en effektiv løsning.
På den annen side bør pumper som kommer ut i en lang periode med vertikalt rør unngås. Det vertikale benet bør enten minimeres, eller bruk av stille tilbakeslagsventiler installert så nær pumpen som mulig.
Et annet område å se på for å minimere vannhammer er å installere tilbakeslagsventiler i vertikale rørledninger. Svingkontroller, vippeskiver og dobbeltdørsventiler kan gjøres for å fungere i en vertikal linje. Imidlertid vil de ikke forhindre reversering av flyt i denne retningen.Bare en stille tilbakeslagsventil kan fungere i denne retningen.
Hydraulisk støt som følge av plutselig lukking av svingkontroll, vippeskive og dobbeltdørs tilbakeslagsventiler kan utbedres ved å bytte disse ventiler med lydløs eller ikke-slam Sjekk ventiler. Lydløse tilbakeslagsventiler lukkes ved reduksjon av differensialtrykket over ventilens lukkeelement, i stedet for å lukkes fra omvendt strømning. Dermed er det langt mindre sannsynlig at de slår igjen, noe som induserer vannhammer. Når differensialtrykket over skiven nærmer seg sprekktrykket til ventilen, har ventilen stengt helt. Dette gjør at væskestrømmen kan avta, noe som gjør at væskens momentum kan avta før ventilen er helt lukket, samtidig som det sikres at væskestrømmen ikke reverserer retning.
Systemdesignere må være kjent med de beste praksis og industristandarder for å minimere vannhammer, for eksempel å bruke sakte lukkende ventiler når det er hensiktsmessig, vite optimale ventilplasseringer i et rørsystem og gi spesielle hensyn til rørdesigndesign for høyt opererende trykksystemer.
Når rørsystemer er riktig konstruert, blir sannsynligheten for at en vannhammer oppstår sterkt redusert eller til og med eliminert. I systemer som allerede er på plass, kan de skadelige effektene av vannhammer begrenses på en rekke viktige måter, for eksempel installering av hammeravstengere, flytting av tilbakeslagsventiler ut av vertikale linjer, installering av stille tilbakeslagsventiler som primær forsvarslinje sørge for at driftsprosedyrene for kvart-omgangsventiler har en treg lukkningshastighet. Merk at lukketiden i automatiserte systemer skal være øst 10 ganger det som beregnes i T = 2L / a-formelen.
KONKLUSJON
Vannhammer har blitt studert i mange år. Noen av grunnforskningene dateres tilbake til slutten av 1800-tallet. Forskningen fortsetter i dag. Mange store universiteter i USA, Storbritannia og Nederland, så vel som respekterte ventilbedrifter, har skrevet artikler om sammenligning av forskjellige stiler av tilbakeslagsventiler og deres installerte dynamiske egenskaper.
Denne artikkelen skraper bare overflaten av gjenstanden for væsketransienter ved å utforske noen av årsakene og løsningene til det vi ofte kaller vannhammer. Løsninger for å håndtere problemer med vannhammer kan være ganske kostbare, og som alltid er en unse forebygging verdt et pund kur. Pumper som mates inn i vertikale linjer eller vanlige topptekster og raske ventillukkninger kan alle utformes ut av en prosess i begynnelsen. Når rørene er på plass og anleggsprosessene er i gang, er utfordringen å finne løsninger gitt de spesifikke begrensningene.
De fleste produsenter av in-line stille tilbakeslagsventiler forstår vannhammer veldig godt og har ingeniører på staben som kan hjelpe. De kan være den beste kilden til kunnskap når det gjelder riktig løsning.
ARIE BREGMAN er visepresident og daglig leder i DFT Valves. Nå ham på Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere JavaScript for å kunne se det.