Water hammer in piping system (Part 1 )

1. Wat is waterhamer?

waterhamer is een drukstoot of golf die ontstaat wanneer een vloeistof in beweging wordt gedwongen om de snelheid te stoppen of te veranderen.,

een waterhamer treedt vaak op wanneer een klep plotseling sluit aan het einde van een pijpleidingsysteem, en een drukgolf zich voortplant in de leiding. Het wordt ook wel hydraulische schok.

een betekenisvolle, bijna onmiddellijke drukschokgolf kan ontstaan wanneer een klep te snel opent of sluit, of wanneer een pomp start met een lege ontladingsleiding of plotseling uitschakelt. Dit verschijnsel is het gevolg van de plotselinge verandering in de snelheid van de vloeistofstroom in combinatie met de kenmerken van de leidingen., Deze schokgolf manifesteert zich door een reeks hammerblow-achtige geluiden, genaamd waterhammer, die voldoende groot kan zijn om catastrofale storing binnen het leidingsysteem te veroorzaken.

meer begrijpen:

• beschouw een lange pijp AB zoals weergegeven in onderstaande Fig. aan één uiteinde verbonden met een tank met water op een hoogte van H van het midden van de leiding.
• aan het andere uiteinde van de leiding is een klep aanwezig om de waterstroom te regelen. Wanneer de klep volledig open is, stroomt het water met een snelheid – V in de pijp., Als nu de klep plotseling wordt gesloten, zal het momentum van het stromende water worden vernietigd en zal er bijgevolg een golf van hoge druk worden ingesteld.
• deze golf van hoge druk wordt over de leiding overgebracht met een snelheid die gelijk is aan de snelheid van de geluidsgolf en kan geluid veroorzaken dat knock-ing wordt genoemd. Ook deze golf van hoge druk heeft het effect van hamerende werking op de wanden van de pijp en daarom is het ook bekend als waterhamer.

2. Wanneer komt waterhamer voor & oorzaak?,

– waterhamer treedt gewoonlijk op wanneer een klep plotseling wordt gesloten aan het einde van een pijpleidingsysteem, stroomuitval, hoofdonderbrekingen, het opstarten en stilleggen van de pomp, dichtslaan van de terugslagklep, snelle vraagvariatie, het openen en sluiten van brandkranen en een drukgolf zich in de leiding voortplant, enz.

– andere oorzaken van de waterhamer zijn het uitvallen van de pomp en het dichtslaan van de terugslagklep (als gevolg van een plotselinge vertraging kan een terugslagklep snel dichtslaan, afhankelijk van het dynamische karakter van de terugslagklep en de massa van het water tussen een terugslagklep en een tank).,

– als de leiding plotseling wordt gesloten of geopend aan de uitlaat (stroomafwaarts), beweegt de massa water vóór de sluiting nog steeds met enige snelheid vooruit, waardoor een hoge druk en schokgolven en hamergeluid worden opgebouwd. Waterhamer kan leiden tot pijpleidingen te breken als de druk hoog genoeg is. –> om dit te voorkomen, worden soms luchtvallen of standpijpen (open aan de bovenkant) toegevoegd als dempers aan watersystemen om een kussen te bieden om de kracht van bewegend water te absorberen om schade aan het systeem te voorkomen., (Bij sommige waterkrachtcentrales is wat een watertoren lijkt te zijn eigenlijk een van deze apparaten, bekend als een golftrommel).

– aan de andere kant, wanneer een klep in een leiding wordt gesloten, zal het water stroomafwaarts van de klep proberen door te stromen, waardoor een vacuüm ontstaat waardoor de leiding kan instorten of imploderen. Dit probleem kan vooral acuut zijn als de pijp op een afdaling., –> om dit te voorkomen, worden lucht-en vacuümventielen, of luchtopeningen, net voorbij de klep geïnstalleerd om lucht in de leiding te laten komen en dit vacuüm te voorkomen.

– plotseling openen of sluiten van kleppen in een pijpleiding.

– starten of stoppen van de pompen in een pompsysteem.

– bedrijfsfouten of storingen in apparatuur. Elektriciteit uitgeschakeld.

– Restrictor opening:

– oneigenlijk gebruik van overspanningsbeveiligingen kan meer kwaad dan goed doen., Een voorbeeld is het oversizen van de overspannings overdrukklep of onjuist selecteren van de vacuümbreker-lucht overdrukklep.

3. Effect:

4. Voorkomen / vermijden:

a ) Vloeistofsnelheden boven de waarde voet per seconde ( wordt berekend door het ontwerp) in kunststof leidingsystemen verhogen het hydraulische schokeffect als gevolg van het starten en stoppen van pompen en het snel openen en sluiten van kleppen. Vloeistofsnelheid niet meer dan waarde voeten per seconde (wordt berekend door ontwerp ) wordt als veilig beschouwd, en zal de effecten van water hamer te minimaliseren.,

b) installeer overdrukkleppen om de effecten van waterhamer te dempen en overdruk en debiet te verlichten.

c) langzaam gesloten bediende kleppen moeten worden geïnstalleerd om de snelheid te regelen waarbij kleppen openen en sluiten. Ze kunnen elektrisch of pneumatisch worden gecontroleerd, waardoor de kans op menselijke fouten wordt geëlimineerd.

goede KLEPPRESTATIES:
trage werking: het vertragen van de klepwerking door de slagtijd te verlengen is een goede manier om waterhamer te voorkomen., De enige nauwkeurige manier om de minimale slagtijd te berekenen is door een transiënte model van het systeem te maken, inclusief de juiste klepkenmerken (Cv tegen sluitingshoek) en vervolgens verschillende slagtijden te modelleren totdat een limiet is gevonden. Actuators kunnen worden vertraagd om de berekende veilige sluitingstijd te bereiken. Handkleppen kunnen worden uitgerust met versnellingsbakken, zodat het voor een bestuurder niet mogelijk is om ze plotseling te sluiten. Dit moet altijd gebeuren in kwetsbare situaties in plaats van te vertrouwen op “goede operationele praktijken”.,
Goede eigenschappen: kleppen kunnen worden gemaakt met een aantal verschillende karakteristieke krommen. Veel kleppen hebben slechte rondingen vanuit een piek oogpunt, en ze vertragen de vloeistof weinig tijdens het grootste deel van hun reis, maar veroorzaken dan een snelle verandering in de stroom als ze sluiten naderen, bijvoorbeeld het “snelle opening” type. Overspanningsbeveiliging vereist soepele veranderingen in snelheid, en dus zijn dergelijke kleppen niet welkom in systemen die gevoelig zijn voor overspanningsproblemen. De ideale curve van Cv tegen kleppositie hangt af van het aandeel van de drukval dat over de klep optreedt wanneer de stroom normaal is., Dit is te zien in Figuur 6. Voor een typisch ontwerp, waarbij de klepdrukval ongeveer 10% tot 20% van de totale wrijvingsdrukval bedraagt, geeft een gebogen karakteristiek (de onderste curve) het gewenste stromingspatroon ten opzichte van de kleppositie. De klepversiering die bekend staat als het type “gelijk percentage” komt het best overeen met dit. Dit geeft daarom een vrij lineaire daling van het debiet als de klep sluit, en zo wordt de vertraging van de vloeistof gelijkmatiger over de klepslag gedeeld. Dit is ideaal voor overspanningspreventie en de klepslagtijd kan worden geminimaliseerd door zo ‘ n klepkarakteristiek te gebruiken.,

traagheid van de pomp
plotselinge uitschakeling van een pomp als gevolg van een storing in de pomp of een storing in de elektriciteitsvoorziening is niet mogelijk om absoluut te voorkomen. Afhankelijk van de gevolgen van een rit, kan het wenselijk zijn om de traagheid van de pomp te verhogen, zodat de snelheid van vertraging wordt verminderd. Dit kan soms worden gedaan door het monteren van een overmaat motor, maar als dit niet mogelijk is is het noodzakelijk om een vliegwiel tussen de motor en de pomp te monteren. Dit lijkt misschien een ongebruikelijke regeling, maar het is bij vele gelegenheden gebruikt.,

samendrukbaar materiaal in de leiding
Een andere manier om waterhamer te voorkomen is door de samendrukbaarheid van de vloeistof te vergroten door een gas in de stroom te injecteren. Gasbellen verhogen effectief de samendrukbaarheid, dus verlagen de golfsnelheid en verminderen de grootte van eventuele piekproblemen. De celerische golf kan met maar liefst 90% worden verminderd door slechts 1% van het volume lucht in een pijp toe te voegen. Het kan echter duur zijn om betrouwbaar te regelen, en is geen gebruikelijke oplossing., Er moet aan worden herinnerd dat wanneer de golfsnelheid wordt verlaagd, het voordeel van de gereduceerde Joukowski-kop (vergelijking 1) moet worden gecompenseerd ten opzichte van de gereduceerde buislengte die is toegestaan zonder overspanningsproblemen (herschik vergelijking 2).

d) apparaten ter bescherming tegen waterhamer:

zie het volgende deel voor meer informatie over:

5. HOE KUNNEN DE GEVOLGEN VAN WATERHAMER WORDEN VERMEDEN?

6. HOE ANALYSEER JE EEN LEIDINGSYSTEEM OP RISICO VAN WATERHAMER?

7., Samenvatting over waterhamer:

pls zie volgende deel: waterhamer in leidingsysteem ( deel 1)