水撃作用(ウォータハンマー)について

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水撃作用(ウォータハンマー)について

 

水撃作用(ウォータハンマー)とは

 

 

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ります。
この現象を水撃作用といい、ウォータハンマーともいいます。

 

圧力上昇の度合(hmax)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ます。

 

 

【ジューコフスキーの式】

 

α:圧力波の伝播速度 (m/s)
V0:水の当初の管内流速 (m/s)
g:重力の加速度 (m/s2)
r:水の比重量 (kgf/m3)
K:水の体積弾性係数 (kgf/m2)
E:管材料のヤング率 (kgf/m2)
D:管の内径 (m)
S:管壁の厚さ (m)

 

 

かなり難しい式が並びましたが、これは何がどう作用しているかがわかります。
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ります。
この式のなかで何を変えたら、hmaxが小さくなるのかを教えてくれています。

 

 

【変えられる変数】

 

(a) V0:当初の管内流速 (m/s)
(b) E:管材料のヤング率 (kgf/m2)
(c) D:管の内径 (m)
(d) S:管壁の厚さ (m)

 

 

以上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(hmax)は小さくできます。

 

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ーを押さえるには、(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)
です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ります。

 

 

【水撃作用(ウォータハンマー)の対処方法】

 

(1)
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します。
また、同時に管の内径を大きくすることによって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ります。
 ※エアチャンバの取付位置は出来る限り弁の近くにしてください。

 

(2)
ウォータハンマーは、弁が閉まることはよってぶつかった流体が戻ってくることが原因で起こります。
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いいのです。これがウォータハンマーチャッキ弁を使用する理由なのですが、だだチャッキ弁が重たいので、ぶらぶらしないように固定しなければならないことが少し大変なところです。

 

(3)
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、水の吐水口とボールタップの間に防波管を取り付けると収まります。

 

 

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