概要
- ウォーターハンマーは、配管内で下流のバルブが急激に閉じられることで発生し、圧力が急上昇して配管が破裂する可能性を引き起こします。その深刻さは、水の流量や高低差によって異なります。
- ウォーターハンマーは水に限らず、ガスや液体を含むあらゆる流体配管で発生する可能性があります。緩和方法としては、水塔や圧力逃がし弁の使用が挙げられます。
- このプロセスでは、圧力波の伝播と水流の振動が生じ、最終的に流れが停止します。リスクを軽減するためには、運転中に水の速度を急激に変化させないことが重要です。
原因と結果
急速なバルブ閉鎖
配管の出口（下流）が突然閉じられると、閉鎖前の水の塊は依然として動き続け、高い圧力が発生し、それに伴う衝撃波が生じます。家庭用配管では、これが大きな衝撃音として体験され、ハンマーで叩くような音に似ています。圧力が十分に高い場合、ウォーターハンマーは配管の破損を引き起こす可能性があります。
水システムには、動く水が引き起こす潜在的な破壊力を吸収するために、エアトラップやスタンドパイプ（上部が開いたパイプ）がダンパーとして追加されることがあります。
バルブ閉鎖による真空の発生
一方、配管内の上流バルブが閉じられると、バルブ下流の水が流れ続けようとし、真空が発生して配管が押しつぶされたり、内側に崩壊したりする可能性があります。この問題は、配管が下り勾配の場合に特に深刻化することがあります。
このような真空の発生を防ぐために、バルブ直下流にエア抜き弁や真空逃がし弁を設置し、空気が配管内に入るようにして真空の発生を防ぎます。
ポンプ故障と逆止弁の衝撃閉鎖
ウォーターハンマーの他の原因として、ポンプの故障や逆止弁の衝撃閉鎖があります。逆止弁は急激な減速により迅速に閉鎖することがあり、これは逆止弁の動的特性と逆止弁とタンクの間の水の質量に依存します。このような状況を緩和するためには、重力や流体の流れに依存せず閉鎖するノンスラム逆止弁を設置することが推奨されます。
また、垂直配管の場合、過剰な水流による衝撃波を緩和するために、エアチャンバーを組み込む設計が可能な新しい配管を設置することも提案されています。
緩和措置
- 建物への給水圧を減少させるためにレギュレーターを取り付ける。流体の速度を低下させます。
- ウォーターハンマーを抑えるために、一部の用途では流速を1.5 m/s（4.9 ft/s）以下に保つことを推奨する配管サイズチャートがあります。
- ゆっくりと閉じるバルブを取り付けます。
- エアバルブは、配管の高所で低圧を緩和することがよくあります。効果的ですが、多数のエアバルブを設置する必要がある場合があります。また、これらのバルブはシステムに空気を取り込むことがあり、これが望ましくない場合もあります。
- 短い分岐管の長さ。
- 短い直管の長さ、すなわちエルボや膨張ループを追加します。ウォーターハンマーは流体中の音速に関連しており、エルボは圧力波の影響を軽減します。
- 大きな配管をループ状に配置し、短い小型の分岐管に供給します。ループ配管では、両側からの低速流が分岐を供給することができます。
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正のウォーターハンマーと負のウォーターハンマー
ウォーターハンマーは、正のウォーターハンマーと負のウォーターハンマーに分類されます。一般的に議論されるウォーターハンマーの影響は、前述のセクションで紹介した正のウォーターハンマーを指します。一方、負のウォーターハンマーは、配管内の圧力が大気圧を下回るときに発生し、逆流や低圧域が配管内に形成される現象を指します。以下に、この2つを簡単に比較します：
正のウォーターハンマー
- 建物への給水圧を減少させるためにレギュレーターを取り付ける。流体の速度を低下させます。
- ウォーターハンマーを抑えるために、一部の用途では流速を1.5 m/s（4.9 ft/s）以下に保つことを推奨する配管サイズチャートがあります。
- ゆっくりと閉じるバルブを取り付けます。
- エアバルブは、配管の高所で低圧を緩和することがよくあります。効果的ですが、多数のエアバルブを設置する必要がある場合があります。また、これらのバルブはシステムに空気を取り込むことがあり、これが望ましくない場合もあります。
- 短い分岐管の長さ。
- 短い直管の長さ、すなわちエルボや膨張ループを追加します。ウォーターハンマーは流体中の音速に関連しており、エルボは圧力波の影響を軽減します。
- 大きな配管をループ状に配置し、短い小型の分岐管に供給します。ループ配管では、両側からの低速流が分岐を供給することができます。
負のウォーターハンマー
- 建物への給水圧を減少させるためにレギュレーターを取り付ける。流体の速度を低下させます。
- ウォーターハンマーを抑えるために、一部の用途では流速を1.5 m/s（4.9 ft/s）以下に保つことを推奨する配管サイズチャートがあります。
- ゆっくりと閉じるバルブを取り付けます。
- エアバルブは、配管の高所で低圧を緩和することがよくあります。効果的ですが、多数のエアバルブを設置する必要がある場合があります。また、これらのバルブはシステムに空気を取り込むことがあり、これが望ましくない場合もあります。
- 短い分岐管の長さ。
- 短い直管の長さ、すなわちエルボや膨張ループを追加します。ウォーターハンマーは流体中の音速に関連しており、エルボは圧力波の影響を軽減します。
- 大きな配管をループ状に配置し、短い小型の分岐管に供給します。ループ配管では、両側からの低速流が分岐を供給することができます。