Ciocanul de apă este o undă de șoc transmisă prin fluidul conținut într-un sistem de conducte. Cea mai de bază explicație este că ciocanul de apă apare atunci când un fluid în mișcare este forțat brusc să se oprească din mișcare. Impulsul lichidului care se oprește brusc creează o undă de presiune care se deplasează prin mediul din interiorul sistemului de țevi, supunând totul din acel sistem închis la forțe semnificative.
În mod normal, unda de presiune este amortizată sau disipată într-un timp foarte scurt timp, dar vârfurile de presiune pot provoca daune enorme în acea scurtă perioadă.
Ciocanul de apă este evidențiat de un sunet de lovitură sau de lovitură care, în cazuri extreme, poate indica faptul că se produc daune mari și costisitoare îmbinări de dilatare, senzori de presiune, debitmetre și pereți ai conductelor.
Ciocanul de apă poate apărea, de asemenea, într-un fluid multifazic, care este un mediu lichid care are și solide antrenate. Un exemplu ar fi șlamul de nisip sau pulpa lichidă (care este practic apa care transportă fibrele pulpei). Factorul cheie este că apa este principalul mediu de transport din sistemul de conducte, iar apa poate transmite unde de șoc foarte eficient.
FLASHING VS. WATER HAMMER
Intermitentul este un alt tip de eveniment de creștere a presiunii. Intermitentul are loc în sistemele de abur în care s-a acumulat condens de abur (apă lichidă) în sistemul de conducte. Această apă lichidă se poate transforma brusc dintr-un lichid în abur cu un factor de expansiune volumetric ulterior de 400-600 de ori. Intermitentul trebuie tratat în moduri total diferite. Deși este la fel de important de controlat, în sensul acestui articol, ne limităm discuțiile la medii lichide și numai la zgomotele ciocanului de apă. selectarea supapelor, amplasarea necorespunzătoare a supapelor și uneori practici de întreținere slabe. Anumite supape, cum ar fi supapele de reținere oscilante, discurile de înclinare și supapele de reținere ale ușii duble pot contribui, de asemenea, la probleme cu ciocanul cu apă. Aceste supape de reținere sunt predispuse la trântire, deoarece se bazează pe inversarea fluxului și contrapresiunii pentru a împinge discul înapoi pe scaun, astfel încât supapa să se închidă. Dacă fluxul invers este puternic, ca în cazul unei linii verticale cu debit normal în sus, este posibil ca discul să trântească cu o forță mare. Șocul rezultat poate deteriora alinierea discului, astfel încât să nu mai facă contact complet, la 360 de grade, cu scaunul. Acest lucru duce la scurgeri care, în cel mai bun caz, subminează eficiența sistemului. În cel mai rău caz, acest lucru ar putea afecta grav alte componente ale sistemului de conducte.
Scăderile de presiune localizate și bruste sunt cel puțin o supărare și cel mult o problemă gravă. Anumiți pași pot preveni sau atenua ciocanul cu apă. Prima este studierea cauzelor, consecințelor și soluțiilor.
ȘOC HIDRAULIC
Cea mai frecventă cauză a ciocanului de apă este fie o supapă care se închide prea repede, fie o pompă se oprește brusc. Șocul hidraulic este, de fapt, creșterea momentană a presiunii fluidului într-un sistem de conducte atunci când fluidul este oprit brusc. Așa cum a observat Sir Isaac Newton, un obiect în mișcare tinde să rămână în mișcare dacă nu este acționat de o altă forță. Impulsul fluidului care călătorește în direcția sa înainte va funcționa pentru a menține fluidul în mișcare în acea direcție. Atunci când o supapă se închide brusc sau o pompă se oprește brusc, fluidul din sistemul de conducte din aval de supapă sau pompă va fi întins elastic până când impulsul fluidului este oprit.
Fluidul vrea apoi să revină la starea normală, neaccentuată, la fel ca un arc extins care a fost eliberat. Acest lucru face ca lichidul să se deplaseze înapoi prin conductă. Fluidul care curge înapoi întâlnește apoi supapa închisă, potențial cu o forță distructivă semnificativă. Reflecția acestei unde de presiune a fluidului este explozia puternică (și ar putea exista mai mult de un impuls de presiune) (Figura 1).
Închiderea bruscă a supapei este asociată cel mai adesea cu tipuri de valve de un sfert de tură și mai mult în mod specific, supape automate cu un sfert de tură. O soluție simplă este închiderea acelor supape automate cu un sfert de tură mai încet. Acest lucru funcționează în multe cazuri, dar nu în toate. De exemplu, supapele de oprire de urgență trebuie să se închidă rapid, deci pot fi necesare alte soluții pentru aceste tipuri de aplicații. Mai multe despre calculele timpului de închidere a supapelor sunt incluse mai târziu în acest articol.
Cealaltă cauză cea mai frecventă a ciocanului de apă este oprirea bruscă a pompei. Pompele multiple care se alimentează într-un antet comun, ca în aplicațiile turnului de răcire sau în deshidratarea minelor, fie trebuie închise încet, fie trebuie să aibă instalate supape de reținere silențioase în linie imediat după pompă. Supapele de reținere silențioase pot fi extrem de eficiente în reducerea și uneori eliminarea ciocanului cu apă.
PREVEDEREA SPICURILOR DE PRESIUNE A HAMMERULUI DE APĂ
Este posibil să se calculeze magnitudinea vârfurilor de presiune ale ciocanului de apă pe baza cunoașterii detaliate a sistemului de conducte și a mediului transportat. Forța reală a ciocanului de apă depinde de debitul fluidului atunci când acesta este oprit și de durata de timp în care este oprit fluxul. De exemplu, luați în considerare 100 de litri de apă care curge într-o țeavă de 2 inci la o viteză de 10 picioare pe secundă. Când debitul este oprit rapid de o supapă cu închidere rapidă, efectul este echivalent cu cel al unui ciocan de 835 de lire care trântește într-o barieră. Dacă debitul este oprit în mai puțin de o jumătate de secundă (care ar putea fi viteza de închidere a supapei), atunci poate fi generat un vârf de presiune peste 100 psi mai mare decât presiunea de funcționare a sistemului.
Ecuația pentru calcularea magnitudinii potențiale a vârfului este după cum urmează:
∆H = a / g * ∆V
∆H este modificarea presiunii capului
∆ V este modificarea vitezei de curgere a fluidului
a = viteza acustică în mediu
g = constanta gravitațională
Un exemplu este:
a = 4864 picioare pe secundă
g = 32,2 picioare pe secundă2
∆V = 5 picioare pe secundă
∆H ar fi 756 picioare (328 psi )
Această valoare presupune că există o închidere instantanee a supapei.
CALCULELE TIMPULUI DE ÎNCHIDERE A SUPAPEI
Ciocanul cu apă este evident o problemă serioasă în mediile industriale, cum ar fi la un instalație de apă uzată sau sistem municipal de apă. Spre deosebire de exemplul de mai sus, bateria medie de baie se bazează de obicei pe o linie nominală de jumătate de inch și are o presiune a apei care variază între 60-80 psi și oferă aproximativ 8-10 galoane pe minut. O linie de 6 inch într-o stație de tratare a apei ar furniza 900 de galoane pe minut cu o viteză de 10 picioare pe secundă. O conductă de apă de 24 inch ar putea furniza peste 12.000 de galoane de apă pe minut, suficient pentru a umple piscina medie din curtea din spate în mai puțin de două minute.
Formula de bază pentru timpul de închidere a supapei este: T = 2L / a
T = timp minim în secunde
L = lungimea țevii drepte între supapa de închidere și cotul următor, tee sau altă schimbare
Pentru apă la 70 ° F (21 ° C) unde aveți 100 de picioare de țeavă dreaptă:
T = 41 milisecunde timp minim de închidere
CONSECINȚELE APĂRĂTORULUI DE APĂ
Consecințele ciocanului cu apă pot varia de la ușoare la severe. Un semn obișnuit este un sunet puternic care bate de la țevi, mai ales după ce o sursă de presiune a apei este oprită rapid. Acesta este sunetul undei de șoc de presiune care lovește o supapă închisă, articulație sau alt blocaj la forță mare. Acest zgomot uneori asurzitor poate fi o sursă de mare suferință și îngrijorare, mai ales dacă oamenii lucrează în apropiere.
Cu toate acestea, aparițiile repetate ale ciocanului cu apă nu sunt doar o enervare. Ciocanul de apă deteriorează grav și conductele, îmbinările conductelor, garniturile și toate celelalte componente ale sistemului (debitmetre, manometre etc.). Vârfurile de presiune pot depăși cu ușurință de 5 până la 10 ori presiunea de lucru a sistemului la impact, punând astfel o mare presiune asupra sistemului. Ciocanul cu apă provoacă scurgeri la îmbinările sistemului. De asemenea, provoacă fisuri pe peretele conductelor și deformarea sistemelor de susținere a conductelor. Repararea sau înlocuirea componentelor și echipamentelor deteriorate ale conductei poate implica costuri ridicate. Dacă deversarea are ca rezultat o problemă de mediu, costurile pot fi uimitoare.
În majoritatea situațiilor, ciocanul cu apă este considerat un pericol pentru siguranță. Presiunea extremă a ciocanului cu apă poate arunca garniturile și poate provoca ruptura bruscă a conductelor. Oamenii din vecinătatea unui astfel de eveniment pot fi grav răniți.
SOLUȚIILE PENTRU APA DE APĂ
Există multe modalități de a atenua efectele ciocanului de apă, în funcție de cauza acestuia. Una dintre cele mai simple metode de minimizare a ciocanului de apă cauzat de șocul hidraulic este formarea și educarea operatorilor. Operatorii care învață importanța deschiderii și închiderii corespunzătoare a supapelor manuale sau acționate pot lua măsuri de precauție pentru a minimiza efectele. Acest lucru este valabil mai ales pentru supapele cu un sfert de tură, cum ar fi supapele cu bilă, supapele fluture și supapele cu bujie. ciocan de apa. Aceste componente ale sistemului de conducte reduc zgomotul caracteristic și tensiunea rezultată asupra sistemului de conducte acționând ca un amortizor. Atunci când sunt dimensionate și instalate corespunzător, dispozitivele de descărcare cu ciocan cu apă pot fi o soluție eficientă. Piciorul vertical trebuie fie minimizat, fie ar trebui folosite supape de reținere silențioase instalate cât mai aproape de pompă.
O altă zonă de luat în considerare la minimizarea ciocanului de apă este instalarea supapelor de reținere în conductele verticale. Verificările oscilante, discurile de basculare și supapele cu ușă dublă pot fi făcute să funcționeze în linie verticală. Cu toate acestea, acestea nu vor împiedica inversarea fluxului în această orientare.Numai o supapă de reținere silențioasă poate funcționa în această orientare.
Șocul hidraulic rezultat din închiderea bruscă a controlului de leagăn, a discului de înclinare și a supapelor de reținere cu ușă dublă poate fi remediat prin schimbarea acestor supape cu silențios sau non-slam supape de reținere. Supapele de reținere silențioase se închid după scăderea presiunii diferențiale pe elementul de închidere a supapei, mai degrabă decât închiderea din flux invers. Astfel, este mult mai puțin probabil să se închidă, ceea ce induce ciocanul cu apă. Când presiunea diferențială de pe disc se apropie de presiunea de fisurare a supapei, supapa s-a închis complet. Acest lucru permite ca fluxul de fluid să decelereze, ceea ce permite ca impulsul fluidului să scadă înainte ca supapa să fie complet închisă, asigurându-se totuși că fluxul de fluid nu inversează direcția. practici și standarde industriale pentru minimizarea ciocanului cu apă, cum ar fi utilizarea supapelor cu închidere lentă atunci când este cazul, cunoașterea locațiilor optime ale supapelor într-un sistem de conducte și acordarea unor considerații speciale de proiectare a conductelor pentru sistemele de presiune cu funcționare ridicată.
La sistemele de conducte sunt proiectate corespunzător, probabilitatea apariției ciocanului cu apă este mult redusă sau chiar eliminată. În sistemele care sunt deja în vigoare, efectele dăunătoare ale ciocanului cu apă pot fi limitate într-o serie de moduri semnificative, cum ar fi instalarea dispozitivelor de blocare a ciocanului cu apă, mutarea supapelor de reținere din liniile verticale, instalarea supapelor de reținere silențioase ca linie principală de apărare și asigurarea procedurilor de operare pentru supapele cu un sfert de tură au o rată de închidere lentă. Rețineți că timpul de închidere în sistemele automate ar trebui să fie la est de 10 ori mai mare decât cel calculat în formula T = 2L / a.
CONCLUZIE
Ciocanul de apă a fost studiat de mulți ani. Unele dintre cercetările fondatoare datează de la sfârșitul secolului al XIX-lea. Cercetările continuă astăzi. Multe universități importante din Statele Unite, Marea Britanie și Olanda, precum și companii de supape bine respectate au scris articole despre compararea diferitelor stiluri de supape de reținere și a caracteristicilor dinamice instalate ale acestora.
Acest articol doar zgârie suprafața subiectului tranzitorilor de fluid explorând unele dintre cauzele și soluțiile a ceea ce numim în mod obișnuit ciocanul cu apă. Soluțiile pentru rezolvarea problemelor cu ciocanul de apă pot fi destul de costisitoare și, ca întotdeauna, o uncie de prevenire merită o lire de vindecare. Pompele care se alimentează în linii verticale sau anteturi comune și închiderile rapide ale supapelor pot fi toate proiectate dintr-un proces la început. Odată ce conductele sunt la locul lor și procesele instalației sunt în desfășurare, provocarea este de a găsi soluții, având în vedere constrângerile specifice.
Majoritatea producătorilor de supape de reținere silențioase în linie înțeleg foarte bine ciocanul cu apă și au ingineri în personal asta poate ajuta. Ele pot fi cea mai bună sursă de cunoaștere atunci când vine vorba de soluția potrivită.
ARIE BREGMAN este vicepreședinte și director general la DFT Valves. Contactați-l la Această adresă de e-mail este protejată de spamboți. Aveți nevoie de JavaScript activat pentru ao vizualiza ..