
@ 水撃作用とは、ウォータハンマのことであるが管内を流体(水)が流れるとき、弁等に
よって流れを急に止めると、水の運動エネルギーは圧力に変わり、管内に急激な圧力
上昇を起こし、場合によっては水槌音が発生することがある。この現象を水撃作用と
いい、ウォータハンマともいう。圧力上昇の度合(h)は、圧力波の
伝播速度や管内流速、管の材質等に関係し、一般にジューコフスキーの式として
次の式で求められる。
α:圧力波の伝播速度 (m/s)
V:水の当初の管内流速 (m/s)
g:重力の加速度 (m/s)
r:水の比重量 (kgf/m)
K:水の体積弾性係数 (kgf/m)
E:管材料のヤング率 (kgf/m)
D:管の内径 (m)
S:管壁の厚さ (m)
A かなり難しい式が並んだがこれは何がどう作用しているかがわかる。この係数・変数には
変えられるものと、変えられないものがある。この式のなかで何を変えたら、h
が小さくなるのかを教えてくれている。
変えられる変数
(a) V:当初の管内流速 (m/s)
(b) E:管材料のヤング率 (kgf/m)
(c) D:管の内径 (m)
(d) S:管壁の厚さ (m)
が変えられる変数です。これらを変えることによって α 圧力波の伝播速度を下げれば
圧力上昇の度合(h)は小さくできる。
E のヤング率とは、弾性係数のことで管に引張り・圧縮によって起こる伸び縮み率の
ことです。
上記のことからウォータハンマを押さえるには、(管内の流速を遅くするか)・(あまり
伸び縮みしない管材を使用するか)・(管の内径を大きくするか)・(管の肉厚を薄くするか)
であるが今言った物のなかに管があまり伸び縮みしなくて肉厚が薄いという管材料は通常
使用している配管材料のなかには無いので、あまり伸び縮みしない材料ということになる。
そこで思いつく方法が二つある。
@ それは弁とエアチャンバとの間の管径を大きくして
流速を遅くすると同時に管の内径が大きくなるので
圧力波の伝播速度は小さくなり、水撃作用が小さく
なりウォーターハンマーがなくなる。(これは勿論、
エアチャンバの取付位置は出来る限り弁の近く
というのは当たり前のことですが。)
(右図は実際に現場で行った対処方法です。給水圧力
は 0.32MPa ありました。対処方法を行った理由は、
当初の管内流速を遅くすることと、圧力波の伝播速度
を遅くするためである。)
A もう一つは、そもそもウォーターハンマーが起こる
理由は弁が閉まることはよってぶつかった流体が戻って
くるからである。ということは、ぶつかった流体(水)を
戻ろうとする根本で閉じこめてしまえばよい。これが
ウォータハンマチャッキ弁を使用する理由である。だだ
これの難点はこのチャッキ弁が重たい故、ぶらぶらしない
ように固定しなければならないことである。
B チャタリング(ボールタップが上下に振動すること。)による
ウォーターハンマーを止めるには、水の吐水口に防波管を取り
付けると収まります。