ค้อนน้ำในท่อส่งแรงดันทันที ความแตกต่างนี้สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการไหลของน้ำอย่างรวดเร็ว ต่อไป เราจะมาเรียนรู้เพิ่มเติมว่าโช๊คไฮดรอลิกเกิดขึ้นในท่ออย่างไร
ความเข้าใจผิดหลัก
ผลจากการเติมของเหลวของช่องว่างเหนือลูกสูบในเครื่องยนต์ของการกำหนดค่าที่สอดคล้องกัน (ลูกสูบ) ถือว่าผิดพลาดจากโช้คไฮดรอลิก เป็นผลให้ลูกสูบไม่ถึงจุดศูนย์กลางและเริ่มบีบอัดน้ำ ส่งผลให้เครื่องยนต์ขัดข้อง โดยเฉพาะการแตกของก้านสูบหรือก้านสูบ การแตกของสตั๊ดในฝาสูบ การแตกของปะเก็น
การจำแนก
ตามทิศทางของแรงดันไฟกระชาก ค้อนน้ำสามารถ:
- บวก. ในกรณีนี้ แรงดันที่เพิ่มขึ้นเกิดจากการสตาร์ทที่แหลมคมของปั๊มหรือการอุดตันของท่อ
- เชิงลบ. ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงแรงดันตกจากการเปิดแดมเปอร์หรือปิดปั๊ม
ตามเวลาการแพร่กระจายของคลื่นและระยะเวลาในการปิดวาล์ว (หรือวาล์วปิดอื่น ๆ) ในระหว่างที่มีค้อนน้ำเกิดขึ้นในท่อจะแบ่งออกเป็น:
- ตรง (เต็ม).
- ทางอ้อม (ไม่สมบูรณ์).
ในกรณีแรก คลื่นที่เกิดขึ้นด้านหน้าจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางเดิมของการไหลของน้ำ การเคลื่อนไหวเพิ่มเติมจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของไปป์ไลน์ซึ่งอยู่ก่อนวาล์วปิด มีแนวโน้มว่าหน้าคลื่นจะเคลื่อนไปข้างหน้าและถอยหลังซ้ำๆ ด้วยค้อนน้ำที่ไม่สมบูรณ์ การไหลไม่เพียงแต่จะเริ่มเคลื่อนไปในทิศทางอื่นเท่านั้น แต่ยังเคลื่อนผ่านวาล์วอีกบางส่วนหากยังไม่ปิดสนิท
ผลที่ตามมา
อันตรายที่สุดคือค้อนน้ำบวกในระบบทำความร้อนหรือน้ำประปา หากแรงดันไฟกระชากสูงเกินไป สายอาจเสียหายได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอยแตกตามยาวปรากฏบนท่อซึ่งต่อมานำไปสู่การแตกร้าวซึ่งเป็นการละเมิดความหนาแน่นในวาล์ว เนื่องจากความล้มเหลวเหล่านี้ อุปกรณ์ประปาจึงเริ่มล้มเหลว: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ปั๊ม ทั้งนี้ต้องป้องกันหรือลดแรงกระแทกของไฮดรอลิก แรงดันน้ำจะสูงสุดในกระบวนการลดความเร็วการไหลเมื่อพลังงานจลน์ทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังงานยืดผนังของท่อหลักและบีบอัดคอลัมน์ของเหลว
วิจัย
ศึกษาปรากฏการณ์นี้ในเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีในปี พ.ศ. 2442 นิโคไล ซูคอฟสกี ผู้วิจัยได้ระบุสาเหตุของการกระแทกไฮดรอลิก ปรากฏการณ์นี้เกิดจากความจริงที่ว่าในกระบวนการปิดเส้นที่ของไหลไหลผ่านหรือเมื่อปิดอย่างรวดเร็ว (เมื่อช่องปลายตันเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานไฮดรอลิก) ความดันเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและ ความเร็วของน้ำจะเกิดขึ้น มันไม่ได้อยู่เหนือไปป์ไลน์ทั้งหมดในเวลาเดียวกัน หากในกรณีนี้ทำการวัดบางอย่าง จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วเกิดขึ้นในทิศทางและขนาดและความดัน - ทั้งในทิศทางของการลดลงและเพิ่มขึ้นสัมพันธ์กับความเร็วเริ่มต้น ทั้งหมดนี้หมายความว่ากระบวนการออสซิลเลเตอร์เกิดขึ้นในเส้น เป็นลักษณะการลดลงเป็นระยะและเพิ่มความดัน กระบวนการทั้งหมดนี้มีลักษณะเฉพาะที่ไม่ต่อเนื่องและเกิดจากการเสียรูปที่ยืดหยุ่นของของเหลวและผนังของท่อ Zhukovsky พิสูจน์ว่าความเร็วที่คลื่นแพร่กระจายนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการอัดตัวของน้ำ ปริมาณการเสียรูปของผนังท่อก็มีความสำคัญเช่นกัน ถูกกำหนดโดยโมดูลัสความยืดหยุ่นของวัสดุ ความเร็วของคลื่นยังขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อด้วย แรงดันไฟกระชากกะทันหันไม่สามารถเกิดขึ้นในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซได้ เนื่องจากบีบอัดได้ค่อนข้างง่าย
ความคืบหน้า
ในระบบจ่ายน้ำอัตโนมัติ เช่น บ้านในชนบท สามารถใช้ปั๊มหลุมเจาะเพื่อสร้างแรงดันในท่อได้ ค้อนน้ำเกิดขึ้นเมื่อการบริโภคของเหลวหยุดกะทันหัน - เมื่อปิดก๊อกน้ำ สายน้ำไหลเอื่อยๆทางด่วนไม่สามารถหยุดได้ทันที คอลัมน์ของของเหลวโดยแรงเฉื่อยชนเข้ากับ "ทางตัน" ของระบบประปา ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อปิดก๊อกน้ำ ในกรณีนี้รีเลย์จะไม่ประหยัดจากค้อนน้ำ โดยจะทำปฏิกิริยาเฉพาะกับไฟกระชาก ปิดปั๊มหลังจากปิดวาล์วและแรงดันเกินค่าสูงสุด การปิดก็เหมือนหยุดการไหลของน้ำไม่ได้ในทันที
ตัวอย่าง
เราสามารถพิจารณาไปป์ไลน์ที่มีแรงดันคงที่และการเคลื่อนที่ของของไหลในลักษณะคงที่ ซึ่งวาล์วถูกปิดอย่างกะทันหันหรือปิดวาล์วประตูกะทันหัน ในระบบจ่ายน้ำในหลุมเจาะ ค้อนน้ำมักเกิดขึ้นเมื่อวาล์วตรวจสอบสูงกว่าระดับน้ำนิ่ง (9 เมตรขึ้นไป) หรือรั่วไหลในขณะที่วาล์วถัดไปด้านบนมีแรงดันอยู่ ในทั้งสองกรณีมีการคายประจุบางส่วน ครั้งต่อไปที่ปั๊มเริ่มทำงาน น้ำความเร็วสูงจะเติมสุญญากาศ ของเหลวกระทบกับเช็ควาล์วปิดและการไหลเหนือมัน ทำให้เกิดแรงดันไฟกระชาก ผลที่ได้คือค้อนน้ำ มันมีส่วนช่วยในการก่อตัวของรอยแตกและการทำลายข้อต่อเท่านั้น เมื่อแรงดันไฟกระชากเกิดขึ้น ปั๊มหรือมอเตอร์ไฟฟ้า (และบางครั้งทั้งสององค์ประกอบพร้อมกัน) จะเสียหาย ปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ในระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบดิสเพลสเมนต์เชิงบวกเมื่อใช้สปูลวาล์ว เมื่อหนึ่งในช่องปล่อยถูกบล็อกโดยหลอดกระบวนการเกิดขึ้นของของเหลวที่อธิบายไว้ข้างต้น
ป้องกันค้อนน้ำ
ความแรงของคลื่นจะขึ้นอยู่กับอัตราการไหลก่อนและหลังการปิดทางหลวง ยิ่งการเคลื่อนไหวรุนแรงเท่าใด แรงกระแทกก็จะยิ่งแรงขึ้นเมื่อหยุดกะทันหัน ความเร็วของการไหลจะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้น ยิ่งหน้าตัดใหญ่เท่าใด การเคลื่อนที่ของของไหลก็จะยิ่งอ่อนลงเท่านั้น จากนี้สรุปได้ว่าการใช้ท่อขนาดใหญ่ช่วยลดโอกาสที่ค้อนน้ำหรือทำให้ท่ออ่อนลง อีกวิธีหนึ่งคือเพิ่มระยะเวลาในการปิดการจ่ายน้ำหรือเปิดปั๊ม องค์ประกอบการปิดแบบวาล์วใช้เพื่อค่อยๆปิดท่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปั๊มจะใช้ชุดสตาร์ทแบบอ่อน ไม่เพียงแต่จะหลีกเลี่ยงค้อนน้ำในระหว่างการเปิดเครื่อง แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของปั๊มอีกด้วย
ตัวชดเชย
ตัวเลือกการป้องกันที่สามเกี่ยวข้องกับการใช้อุปกรณ์แดมเปอร์ เป็นถังขยายเมมเบรนซึ่งสามารถ "ดับ" แรงดันที่เกิดขึ้นได้ เครื่องชดเชยค้อนน้ำทำงานตามหลักการบางอย่าง มันอยู่ในความจริงที่ว่าในกระบวนการเพิ่มแรงดัน ลูกสูบเคลื่อนที่ด้วยของเหลวและองค์ประกอบยืดหยุ่น (สปริงหรืออากาศ) ถูกบีบอัด เป็นผลให้กระบวนการช็อตถูกเปลี่ยนเป็นการสั่น เนื่องจากการกระจายพลังงาน ตัวหลังจะสลายตัวอย่างรวดเร็วโดยไม่มีแรงกดดันเพิ่มขึ้น ตัวชดเชยถูกใช้ในสายการบรรจุ กำลังถูกเรียกเก็บเงินอัดอากาศที่ความดัน 0.8-1.0 MPa การคำนวณจะทำโดยประมาณตามเงื่อนไขในการดูดซับพลังงานของคอลัมน์ขับเคลื่อนของน้ำจากถังเติมหรือตัวสะสมไปยังตัวชดเชย