1/แนวคิด

ค้อนน้ำเรียกอีกอย่างว่าค้อนน้ำ ในระหว่างการขนส่งน้ำ (หรือของเหลวอื่น ๆ ) เนื่องจากการเปิดหรือปิดกะทันหันวาล์วปีกผีเสื้อ Api, วาล์วประตู, ตรวจสอบวาล์ว และบอลวาล์ว- ปั๊มน้ำหยุดกะทันหัน การเปิดและปิดใบพัดนำทางกะทันหัน ฯลฯ อัตราการไหลเปลี่ยนแปลงกะทันหันและความดันมีความผันผวนอย่างมาก เอฟเฟกต์ค้อนน้ำเป็นคำที่ชัดเจน หมายถึงค้อนน้ำที่รุนแรงซึ่งเกิดจากการกระทบของการไหลของน้ำบนท่อเมื่อสตาร์ทและหยุดปั๊มน้ำ เพราะภายในท่อน้ำผนังด้านในท่อเรียบและน้ำไหลได้อย่างอิสระ เมื่อวาล์วเปิดปิดกะทันหันหรือปั๊มจ่ายน้ำหยุดทำงาน การไหลของน้ำจะสร้างแรงกดดันต่อวาล์วและผนังท่อ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวาล์วหรือปั๊ม เนื่องจากผนังท่อมีความเรียบ ภายใต้แรงเฉื่อยของการไหลของน้ำที่ตามมา แรงไฮดรอลิกจะไปถึงจุดสูงสุดอย่างรวดเร็วและสร้างผลกระทบในการทำลายล้าง นี่คือ "เอฟเฟกต์ค้อนน้ำ" ในระบบไฮดรอลิกส์ ซึ่งก็คือค้อนน้ำเชิงบวก ในทางกลับกัน เมื่อวาล์วปิดกะทันหันหรือปั๊มน้ำเริ่มทำงาน ค้อนน้ำก็จะเกิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งเรียกว่าค้อนน้ำลบแต่จะไม่ใหญ่เท่าเดิม การกระแทกด้วยแรงดันจะทำให้ผนังท่อเกิดความเค้นและทำให้เกิดเสียงดังเหมือนกับค้อนทุบท่อ จึงเรียกว่า ค้อนน้ำ

2/อันตราย

แรงดันทันทีที่เกิดจากค้อนน้ำสามารถเข้าถึงแรงดันการทำงานปกติในท่อได้หลายสิบหรือหลายร้อยเท่า ความผันผวนของแรงดันขนาดใหญ่ดังกล่าวอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนหรือเสียงรบกวนที่รุนแรงในระบบท่อและอาจทำให้ข้อต่อวาล์วเสียหายได้ ส่งผลเสียต่อระบบท่ออย่างมาก เพื่อป้องกันไม่ให้ค้อนน้ำต้องออกแบบระบบท่อให้ถูกต้องเพื่อป้องกันอัตราการไหลสูงเกินไป โดยทั่วไป อัตราการไหลของท่อที่ออกแบบไว้ควรน้อยกว่า 3 เมตร/วินาที และจำเป็นต้องควบคุมความเร็วในการเปิดและปิดวาล์ว
เนื่องจากปั๊มสตาร์ท หยุด และวาล์วเปิดและปิดเร็วเกินไป ความเร็วของน้ำจึงเปลี่ยนแปลงอย่างมาก โดยเฉพาะค้อนน้ำที่เกิดจากการหยุดปั๊มกะทันหัน ซึ่งอาจทำให้ท่อ ปั๊มน้ำ และวาล์วเสียหายได้ และ ทำให้ปั๊มน้ำถอยหลังและลดแรงดันของโครงข่ายท่อ ค้อนน้ำมีผลกระทบร้ายแรง: หากแรงดันสูงเกินไป จะทำให้ท่อแตกได้ ในทางกลับกันหากแรงดันต่ำเกินไปจะทำให้ท่อยุบและทำให้วาล์วและอุปกรณ์ยึดเสียหายได้ ในระยะเวลาอันสั้น อัตราการไหลของน้ำจะเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นอัตราการไหลที่กำหนด เนื่องจากของไหลมีพลังงานจลน์และมีความสามารถในการอัดตัวในระดับหนึ่ง อัตราการไหลที่เปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วงเวลาสั้น ๆ จะทำให้เกิดผลกระทบต่อแรงดันสูงและต่ำบนท่อ

3/สร้าง

มีสาเหตุหลายประการสำหรับค้อนน้ำ ปัจจัยทั่วไปมีดังนี้:

1. วาล์วเปิดหรือปิดกะทันหัน

2. ชุดปั๊มน้ำหยุดหรือสตาร์ทกะทันหัน

3. ท่อเดียวส่งน้ำไปยังที่สูง (ความสูงของภูมิประเทศน้ำประปาเกิน 20 เมตร)

4. แรงยกทั้งหมด (หรือแรงดันใช้งาน) ของปั๊มน้ำมีขนาดใหญ่

5. ความเร็วการไหลของน้ำในท่อส่งน้ำมีขนาดใหญ่เกินไป

6. ท่อส่งน้ำยาวเกินไปและภูมิประเทศเปลี่ยนแปลงอย่างมาก
7. การก่อสร้างที่ผิดปกติถือเป็นอันตรายที่ซ่อนอยู่ในโครงการท่อส่งน้ำ
(1) ตัวอย่างเช่น การผลิตตอม่อซีเมนต์สำหรับที ข้อศอก ตัวลด และข้อต่ออื่น ๆ ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
ตาม "กฎระเบียบทางเทคนิคสำหรับวิศวกรรมท่อส่งน้ำโพลีไวนิลคลอไรด์แข็งแบบฝัง" แท่นเจาะซีเมนต์ควรติดตั้งที่ข้อต่อ เช่น ที ข้อศอก ตัวลดขนาด และท่ออื่นๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ≥110มม. เพื่อป้องกันไม่ให้ท่อเคลื่อนที่ “เสาเข็มคอนกรีต” ไม่ควรต่ำกว่าเกรด C15 และควรหล่อ ณ หน้างานบนฐานรากดินเดิมที่ขุดและทางลาดของร่องลึกก้นสมุทร” ฝ่ายก่อสร้างบางแห่งไม่ให้ความสำคัญกับบทบาทของเสาเข็มมากพอ พวกเขาตอกเสาเข็มไม้หรือตอกง่ามเหล็กไว้ข้างท่อเพื่อทำหน้าที่เป็นท่าเรือดัน บางครั้งปริมาณตอม่อปูนน้อยเกินไปหรือเทไม่ลงดินเดิม ในทางกลับกัน ตอม่อแทงบางแห่งไม่แข็งแรงพอ เป็นผลให้ในระหว่างการทำงานของท่อ แท่นเจาะไม่สามารถทำงานได้และไม่มีประโยชน์ ส่งผลให้ข้อต่อท่อ เช่น ทีและข้อศอก อยู่ในแนวที่ไม่ตรงและเสียหาย
(2) ไม่ได้ติดตั้งวาล์วไอเสียอัตโนมัติหรือตำแหน่งการติดตั้งไม่เหมาะสม
ตามหลักการของระบบไฮดรอลิกส์ ควรออกแบบและติดตั้งวาล์วไอเสียอัตโนมัติที่จุดสูงของท่อในพื้นที่ภูเขาหรือเนินเขาที่มีลูกคลื่นขนาดใหญ่ แม้ในพื้นที่ราบที่มีภูมิประเทศเป็นลูกคลื่นเล็ก ๆ ท่อจะต้องได้รับการออกแบบดุ้งดิ้งเมื่อขุดสนามเพลาะ มีขึ้นมีลงขึ้นหรือลงเป็นวัฏจักรความชันไม่น้อยกว่า 1/500 และวาล์วไอเสีย 1-2 ตัวได้รับการออกแบบที่จุดสูงสุดของแต่ละกิโลเมตร
เพราะในระหว่างกระบวนการขนส่งน้ำในท่อ ก๊าซในท่อจะหลบหนีและสะสมอยู่ในส่วนที่ยกขึ้นของท่อ แม้จะเกิดการอุดตันของอากาศก็ตาม เมื่ออัตราการไหลของน้ำในท่อมีความผันผวน ช่องอากาศที่เกิดขึ้นในส่วนที่ยกขึ้นจะยังคงถูกบีบอัดและขยาย และก๊าซจะเป็น ความดันที่เกิดขึ้นหลังการบีบอัดจะมากกว่าความดันที่เกิดขึ้นหลังจากนั้นหลายสิบหรือหลายร้อยเท่า น้ำถูกบีบอัด (บัญชีสาธารณะ: Pump Butler) ในเวลานี้ท่อส่งก๊าซส่วนนี้ที่มีอันตรายซ่อนเร้นอาจนำไปสู่สถานการณ์ดังต่อไปนี้:
• หลังจากที่น้ำไหลผ่านต้นน้ำของท่อ น้ำหยดจะหายไปที่ท้ายน้ำ เนื่องจากถุงลมในท่อปิดกั้นการไหลของน้ำ ทำให้เกิดการแยกตัวของคอลัมน์น้ำ
• ก๊าซอัดในท่อถูกอัดจนสุดและขยายตัวอย่างรวดเร็วทำให้ท่อแตก
• เมื่อน้ำจากแหล่งน้ำสูงถูกลำเลียงไปทางท้ายน้ำด้วยความเร็วที่กำหนดโดยการไหลของแรงโน้มถ่วง หลังจากที่วาล์วต้นน้ำถูกปิดอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความเฉื่อยของส่วนต่างความสูงและอัตราการไหล คอลัมน์น้ำในท่อต้นน้ำจะไม่หยุดทันที . มันยังคงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วระดับหนึ่ง ความเร็วไหลไปตามกระแสน้ำ ขณะนี้เกิดสุญญากาศในท่อเนื่องจากไม่สามารถเติมอากาศได้ทันเวลา ทำให้ท่อยุบตัวด้วยแรงดันลบและเสียหาย
(3) ดินร่องลึกและดินทดแทนไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
ร่องลึกที่ไม่ผ่านเกณฑ์มักพบเห็นได้ในพื้นที่ภูเขา เนื่องจากมีหินจำนวนมากในบางพื้นที่ สนามเพลาะถูกขุดด้วยตนเองหรือระเบิดด้วยวัตถุระเบิด ด้านล่างของร่องลึกก้นสมุทรมีความไม่สม่ำเสมออย่างมากและมีหินแหลมคมยื่นออกมา เมื่อพบสิ่งนี้ ในกรณีนี้ ตามกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องควรเอาหินที่ด้านล่างของคูน้ำออกและควรปูทรายมากกว่า 15 เซนติเมตรก่อนจึงจะวางท่อได้ อย่างไรก็ตาม คนงานก่อสร้างขาดความรับผิดชอบหรือตัดมุมและปูทรายโดยตรงโดยไม่ปูทรายหรือปูทรายในเชิงสัญลักษณ์ ท่อวางอยู่บนก้อนหิน เมื่อการเติมกลับเสร็จสมบูรณ์และนำน้ำไปใช้งาน เนื่องจากน้ำหนักของท่อ แรงดันดินในแนวตั้ง น้ำหนักของยานพาหนะบนท่อ และความทับซ้อนของแรงโน้มถ่วง จึงได้รับการรองรับด้วยหินแหลมคมหนึ่งหรือหลายก้อน ที่ด้านล่างของไปป์ไลน์ ความเข้มข้นของความเครียดมากเกินไปท่อมีแนวโน้มที่จะได้รับความเสียหายอย่างมาก ณ จุดนี้และแตกเป็นเส้นตรง ณ จุดนี้ นี่คือสิ่งที่ผู้คนมักเรียกว่า "ผลการให้คะแนน"

4/มาตรการ

ค้อนน้ำมีมาตรการป้องกันมากมาย แต่ต้องใช้มาตรการที่แตกต่างกันตามสาเหตุที่เป็นไปได้ของค้อนน้ำ
1. การลดอัตราการไหลของท่อส่งน้ำสามารถลดแรงดันค้อนน้ำได้ในระดับหนึ่ง แต่จะเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อส่งน้ำและเพิ่มการลงทุนในโครงการ เมื่อวางท่อส่งน้ำ ควรคำนึงถึงการหลีกเลี่ยงเนินน้ำหรือการเปลี่ยนแปลงทางลาดอย่างรุนแรงเพื่อลดความยาวของท่อส่งน้ำ ยิ่งไปป์ไลน์ยาว ค่าค้อนน้ำก็จะยิ่งมากขึ้นเมื่อปั๊มหยุดทำงาน จากสถานีสูบน้ำหนึ่งถึงสองสถานีสูบน้ำ จะมีการใช้บ่อดูดน้ำเพื่อเชื่อมต่อสถานีสูบน้ำทั้งสองแห่ง
ค้อนน้ำเมื่อปั๊มหยุดทำงาน

ค้อนน้ำหยุดปั๊มที่เรียกว่าปรากฏการณ์ช็อกไฮดรอลิกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วการไหลในปั๊มน้ำและท่อแรงดันอย่างกะทันหันเมื่อวาล์วเปิดและหยุดเนื่องจากไฟฟ้าดับกะทันหันหรือสาเหตุอื่น ๆ เช่นความล้มเหลวของระบบไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า, ความล้มเหลวของชุดปั๊มน้ำเป็นครั้งคราว ฯลฯ อาจทำให้ปั๊มหอยโข่งเปิดวาล์วและหยุดทำงานส่งผลให้เกิดค้อนน้ำเมื่อปั๊มหยุดทำงาน ขนาดของค้อนน้ำเมื่อปั๊มหยุดทำงานส่วนใหญ่จะสัมพันธ์กับส่วนหัวทางเรขาคณิตของห้องปั๊ม ยิ่งหัวเรขาคณิตยิ่งสูง ค่าค้อนน้ำก็จะยิ่งมากขึ้นเมื่อปั๊มหยุดทำงาน ดังนั้นควรเลือกหัวปั๊มที่เหมาะสมตามสภาพท้องถิ่นที่เกิดขึ้นจริง

แรงดันสูงสุดของค้อนน้ำเมื่อปั๊มหยุดทำงานสามารถสูงถึง 200% ของแรงดันใช้งานปกติหรือสูงกว่านั้นซึ่งอาจทำลายท่อและอุปกรณ์ได้ อุบัติเหตุทั่วไปทำให้เกิด “น้ำรั่ว” และน้ำดับ; อุบัติเหตุร้ายแรงทำให้ห้องปั๊มน้ำท่วม อุปกรณ์เสียหาย และสิ่งอำนวยความสะดวกเสียหาย เสียหายหรือถึงขั้นทำให้ได้รับบาดเจ็บหรือเสียชีวิตได้

หลังจากหยุดปั๊มเนื่องจากอุบัติเหตุ ให้รอจนกระทั่งท่อด้านหลังเช็ควาล์วเต็มไปด้วยน้ำก่อนสตาร์ทปั๊ม อย่าเปิดวาล์วทางออกของปั๊มน้ำจนสุดเมื่อสตาร์ทปั๊ม ไม่เช่นนั้นอาจเกิดผลกระทบจากน้ำขนาดใหญ่ได้ อุบัติเหตุค้อนน้ำครั้งใหญ่ในสถานีสูบน้ำหลายแห่งมักเกิดขึ้นภายใต้สถานการณ์เช่นนี้

2. ติดตั้งเครื่องกำจัดค้อนน้ำ
(1) การใช้เทคโนโลยีควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่
ระบบควบคุมอัตโนมัติ PLC ใช้เพื่อควบคุมปั๊มด้วยความเร็วความถี่ตัวแปร และควบคุมการทำงานของระบบห้องสูบน้ำทั้งหมดโดยอัตโนมัติ เนื่องจากแรงดันของเครือข่ายท่อส่งน้ำยังคงเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพการทำงานที่เปลี่ยนแปลง แรงดันต่ำหรือแรงดันเกินมักเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของระบบ ซึ่งอาจทำให้เกิดค้อนน้ำได้ง่าย นำไปสู่ความเสียหายต่อท่อและอุปกรณ์ ระบบควบคุมอัตโนมัติ PLC ใช้เพื่อควบคุมเครือข่ายท่อ การตรวจจับแรงดัน การควบคุมการป้อนกลับของการสตาร์ทและการหยุดของปั๊มน้ำ และการปรับความเร็ว การควบคุมการไหล และด้วยเหตุนี้จึงรักษาแรงดันไว้ที่ระดับหนึ่ง สามารถตั้งค่าแรงดันน้ำประปาของปั๊มได้โดยการควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์เพื่อรักษาแรงดันน้ำประปาให้คงที่ และหลีกเลี่ยงความผันผวนของแรงดันมากเกินไป ความน่าจะเป็นของค้อนน้ำจะลดลง
(2) ติดตั้งเครื่องกำจัดค้อนน้ำ
อุปกรณ์นี้จะป้องกันค้อนน้ำเป็นหลักเมื่อปั๊มหยุดทำงาน โดยทั่วไปจะติดตั้งไว้ใกล้กับท่อทางออกของปั๊มน้ำ โดยจะใช้แรงดันของท่อเป็นกำลังเพื่อให้เกิดการทำงานอัตโนมัติด้วยแรงดันต่ำ นั่นคือเมื่อความดันในท่อต่ำกว่าค่าป้องกันที่ตั้งไว้ ช่องระบายน้ำจะเปิดออกโดยอัตโนมัติเพื่อระบายน้ำ การระบายแรงดันใช้เพื่อปรับสมดุลแรงดันของท่อในพื้นที่ และป้องกันผลกระทบของค้อนน้ำบนอุปกรณ์และท่อ โดยทั่วไปเครื่องกำจัดสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท: เครื่องกลและไฮดรอลิก เครื่องกำจัดแบบกลไกจะได้รับการกู้คืนด้วยตนเองหลังจากการทำงาน ในขณะที่เครื่องกำจัดแบบไฮดรอลิกสามารถรีเซ็ตได้โดยอัตโนมัติ
(3) ติดตั้งเช็ควาล์วปิดช้าบนท่อทางออกของปั๊มน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่

มันสามารถกำจัดค้อนน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อปั๊มหยุดทำงาน แต่เนื่องจากน้ำจำนวนหนึ่งจะไหลกลับเมื่อปั๊มเอพีไอ 609เปิดใช้งานวาล์วบ่อดูดน้ำจะต้องมีท่อน้ำล้น เช็ควาล์วปิดช้ามีสองประเภท: ประเภทค้อนและประเภทกักเก็บพลังงาน วาล์วชนิดนี้สามารถปรับเวลาปิดวาล์วให้อยู่ในช่วงที่กำหนดได้ตามต้องการ (ยินดีต้อนรับติดตาม Pump Butler) โดยทั่วไป วาล์วจะปิด 70% ถึง 80% ภายใน 3 ถึง 7 วินาทีหลังจากไฟฟ้าดับ เวลาปิดที่เหลือ 20% ถึง 30% จะถูกปรับตามเงื่อนไขของปั๊มน้ำและท่อส่งน้ำ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 10 ถึง 30 วินาที เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อมีโคกในท่อและค้อนน้ำเกิดขึ้น บทบาทของเช็ควาล์วที่ปิดช้านั้นมีจำกัดมาก
(4) ติดตั้งหอควบคุมแรงดันทางเดียว
โดยสร้างขึ้นใกล้สถานีสูบน้ำหรือในตำแหน่งที่เหมาะสมบนท่อ และความสูงของหอไฟกระชากทางเดียวต่ำกว่าแรงดันท่อที่นั่น เมื่อความดันในท่อต่ำกว่าระดับน้ำในหอคอย หอควบคุมแรงดันจะเติมน้ำให้กับท่อเพื่อป้องกันไม่ให้คอลัมน์น้ำแตกและเชื่อมค้อนน้ำ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบในการลดแรงดันต่อค้อนน้ำนอกเหนือจากค้อนน้ำแบบหยุดปั๊ม เช่น ค้อนน้ำปิดวาล์ว นั้นมีจำกัด นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของวาล์วทางเดียวที่ใช้ในหอควบคุมแรงดันทางเดียวจะต้องเชื่อถือได้อย่างแน่นอน เมื่อวาล์วชำรุดอาจทำให้เกิดค้อนน้ำขนาดใหญ่ได้
(5) ติดตั้งท่อบายพาส (วาล์ว) ในสถานีสูบน้ำ
เมื่อระบบปั๊มทำงานตามปกติ เช็ควาล์วจะปิด เนื่องจากแรงดันน้ำที่ด้านแรงดันของปั๊มสูงกว่าแรงดันน้ำที่ด้านดูด เมื่อไฟฟ้าดับโดยไม่ได้ตั้งใจทำให้ปั๊มหยุดทำงานกะทันหัน แรงดันที่ทางออกของสถานีสูบน้ำจะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่แรงดันที่ด้านดูดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ภายใต้ความดันแตกต่างนี้ น้ำแรงดันสูงชั่วคราวในท่อหลักดูดน้ำดันเปิดแผ่นวาล์วตรวจสอบและไหลไปยังน้ำแรงดันต่ำชั่วคราวในท่อหลักของน้ำแรงดัน ทำให้แรงดันน้ำต่ำที่นั่นเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันปั๊มน้ำ แรงดันค้อนน้ำที่เพิ่มขึ้นด้านดูดก็ลดลงเช่นกัน ด้วยวิธีนี้ จะมีการควบคุมการเพิ่มขึ้นของค้อนน้ำและแรงดันตกที่ทั้งสองด้านของสถานีปั๊มน้ำ ซึ่งช่วยลดและป้องกันอันตรายจากค้อนน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(6) ตั้งค่าเช็ควาล์วแบบหลายขั้นตอน
ในท่อส่งน้ำยาวให้เพิ่มหนึ่งท่อขึ้นไปเช็ควาล์วแบ่งท่อส่งน้ำออกเป็นหลายส่วนและติดตั้งเช็ควาล์วในแต่ละส่วน เมื่อน้ำในท่อน้ำไหลย้อนกลับระหว่างค้อนน้ำ เช็ควาล์วแต่ละตัวจะปิดทีละวาล์วเพื่อแบ่งการไหลย้อนกลับออกเป็นหลายส่วน เนื่องจากหัวไฮโดรสแตติกในแต่ละส่วนของท่อน้ำ (หรือส่วนไหลย้อนกลับ) มีขนาดค่อนข้างเล็ก อัตราการไหลของน้ำจึงลดลง เพิ่มค้อน มาตรการป้องกันนี้สามารถนำไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพในสถานการณ์ที่ความสูงของแหล่งจ่ายน้ำทางเรขาคณิตแตกต่างกันมาก แต่ไม่สามารถขจัดความเป็นไปได้ของการแยกคอลัมน์น้ำได้ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือ: การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นของปั๊มน้ำระหว่างการทำงานปกติและต้นทุนน้ำประปาที่เพิ่มขึ้น