Water Hammer

วอเตอร์แฮมเมอร์
วอเตอร์แฮมเมอร์ (water Hammer)

วอเตอร์แฮมเมอร์ (water Hammer) เป็นปรากฏการณ์ที่ความดันในท่อมีการเปลี่ยนเเปลงอย่างรุนเเรงและฉับพลัน โดยมีความดันเพิ่มขึ้นและลดลงจากความดันเดิมในลักษณะเป็นคลื่นขึ้นลงสลับกันไปเป็นอนุกรม

สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดวอเตอร์แฮมเมอร์ ก็คือมีการเปลี่ยนเเปลงความเร็วของการไหลในท่ออย่างกระทันหัน เช่น ปิดประตูน้ำอย่างกะทันหัน เป็นต้น เมื่อมีการเปลี่ยนเเปลงความเร็วในลักษณะดังกล่าว โมเมนตัมของของเหลวจะถูกเปลี่ยนไปกลายเป็นแรงกระเเทกบนประตูน้ำและผนังของท่อ แรงกระแทกที่เกิดขึ้นถ้าหากมากเกินกว่าความสามารถของท่อจะรับได้ก็จะทำให้ท่อระเบิดหรือทำให้ระบบท่อเเละอุปกรณ์เสียหายอย่างรุนแรงขึ้นได้ ระดับความเสียหายเนื่องจากวอเตอร์เเฮมเมอร์ ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงและความยืดหยุ่น (EIasticlty) ของท่อ ความเร็วของการไหล อัตราการเปลี่ยนเเปลงความเร็วการไหล ลักษณะการยึดท่อให้อยู่กับที่ และ ระบบป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์ที่ติดตั้งไว้ เป็นต้น

การป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์

วิธีป้องกันไม่ให้วอเตอร์แฮมเมอร์ที่เกิดขี้นมีความรุนเเรงมากจนทำความเสียหายให้แก่ระบบท่อนั้นทำโดยการลดความดันที่เกิดขึ้นให้เหลือยู่ในระดับที่ยอมให้โดย
1 ) เพิ่มระยะในการปิดประตูน้ำ หรือเปลี่ยนแปลงความเร็วโดยใช้เวลาให้มากกว่าเวลาวิกฤติ (crltlcaI Time) Tc มากๆ
2) โดยการให้น้ำไหลออกมาจากท่อบ้างในขณะที่เกิดความดันมาก ๆ
3) โดยใช้ทั้งสองวิธีข้างต้นร่วมกัน

อุปกรณ์ป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์

การป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์จากการหยุดเดินเครื่องสูบน้ำอาจทำได้โดยการลดความเร็วของเครื่องยนต์ลงทีละน้อยเป็นขั้นๆจนอัตราการไหลน้อยมากแล้วจึงดับเครื่องยนต์ ในกรณีที่ต้นกังลังเป็นมอเตอร์ซึ่งมีรอบการหมุนคงที่ก็ให้ใช้วิธีปิดประตูจ่ายน้ำลงทีละน้อยเป็นขั้นๆ เช่นเดียวกันจนกระทั่งปิดสนิทหรือเกือบสนิทแล้วจึงปิดสวิทช์ การเริ่มเดินเครื่องสูบน้ำก็ทำในลักษณะเดียวกันแต่ย้อนขั้นตอน อย่างไรก็ตาม บางครั้งมีความจำเป็นต้องหยุดเดินเครื่องอย่างกะทันหัน หรืออาจมีสาเหตุมาจากกระแสไฟฟ้าขัดข้อง เครื่องยนต์เสีย เป็นต้น ดังนั้นในระบบที่มีโอกาสเกิดวอเตอร์แฮมมอร์ได้ง่ายจึงควรมีอุปกรณ์ป้องกันช่วย เช่น pressure Rellef valve , Air lnlet-relief valve , Airchamber , surge suppressor และ surge Tank เป็นต้น

1. pressure Relief valve เป็นวาล์ว ที่ทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกันกับวาล์วนิรภัย (safety valve) กล่าวคือเมื่อความดันในท่อสูงกว่าที่กำหนดไว้ มันก็จะ เปิดกว้างออกและระบายน้ำทิ้งเพื่อลดความดันลง ความดันที่ตั้งไว้อาจควบคุมโดยสปริงหรือน้ำหนักก็ได้ อุปกรณ์แบบนี้เหมาะสำหรับท่อที่มีขนาดไม่ใหญ่มากนัก ซึ่งการระบายน้ำทิ้งจะมีผลช่วยให้ลดความดันในท่อลงไดับ้าง

2. Air lnlet-relief valve เป็นวาล์วที่จะเปิดให้อากาศไหลเข้ามาในท่อโดยอัตโนมัติเมื่อความดันในท่อต่ำกว่าความดันของบรรยากาศ ซึ่งจะเป็นการป้องกันไม่ให้ท่อแบนลง อุปกรณ์ดังกล่าวนี้ยังใช้สำหรับระบายอากาคออกจากท่อด้วย โดยการติดตั้งไว้หลังท่อในบริเวณที่อยู่สูงกว่าแนวท่อส่วนอื่น อากาศที่ติดมากับน้ำก็จะไหลเข้าไปในอุปกรณ์นี้แล้วทำให้ลูกลอยลดระดับลงวาล์วเปิดและอากาศก็จะถูกระบายออกไป การที่จำเป็นต้องระบายอากาศในท่อออกไปก็เพราะว่าถ้าความเร็วของการไหลไม่มากพอโพรงอากาศในท่อจะเป็นสิ่งกีดขวางการไหลโดยทำให้การไหลในช่วงดังกล่าวมีลักษณะเป็นการไหลในทางน้ำเปิดแทนที่จะเป็นการไหลเต็มท่อ

3. Air chamber เป็นอุปกรณ์ช่วยลดความรุนแรงของวอเตอร์แฮมเมอร์อีกแบบหนึ่งที่มีลักษณะเป็นถังบรรจุอากาศต่อเข้ากับหลังท่อ อากาศในถังซึ่งยืดหดตัวได้ดีกว่าน้ำก็จะทำหน้าที่ผ่อนคลายความรุนแรงลงเมื่อมีความดันเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันนอกจากนั้นอุปกรณ์ชนิดนี้ยังใช้ต่อเข้ากับด้านจ่ายของปั๊มแบบสูบชักก่อนส่งน้ำเข้าสู่ระบบ เพื่อให้การไหลสม่ำเสมอตลอดเวลาอีกด้วย

4. surge suppressor เป็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกับ Air chamber แต่แทนที่จะใช้อากาศเป็นตัวผ่อนคลายแรงดันก็เปลี่ยนไปใช้สปริงแทน อุปกรณ์ชนิดนี้ใช้กับท่อขนาดเล็ก เช่น ท่อน้ำใช้ในบ้านมากกว่าที่จะใช้กับระบบท่อขนาดใหญ่

5. surge Tank เป็นถังช่วยลดความดันที่เพิ่มขึ้นจากวอเตอร์แฮมเมอร์ในระบบขนาดใหญ่ซึ่งมีทั้งประเภทเปิดดัานบนของถังเเละแบบปิด สำหรับแบบเปิดนั้นความสูงของถังจะต้องมากพอที่จะไม่ให้น้ำไหลล้นออกมาได้ ส่วนในแบบปิดจะมีลักษณะคล้ายกับ Air chamber แต่มีท่อขนาดเดียวกันกับท่อส่งน้ำเป็นตัวจ่ายน้ำเข้าไปในถังอีกทีหนึ่ง การลดความรุนแรงของความดันจะถูกควบคุมโดยการไหลของน้ำเข้าไปใน surge Tank และการยืดหดตัวของอากาศในถัง

ในระบบท่อส่งน้ำที่มีความยาวมากและมีความลาดเทสูงขึ้นจากปั๊มหรือท่อไม่ยาวมากแต่มีความลาดเทจากปั๊มชันมาก การติดตั้งเชควาล์วประเภทไม่ปิดกระ ทันหัน (Non-slam) ซึ่งออกแบบให้ปิดเมื่อความเร็วเป็นศูนย์ คือไม่เปิดโอกาสให้น้ำในท่อไหลย้อนกลับมาก็จะช่วยลดวอเตอร์แฮมเมอร์ลงได้ นอกจากนั้น ถ้าหากก่อนเดินเครื่องสูบน้ำปริมาณน้ำในท่อยังมีอยู่ไม่เต็มเมื่อเริ่มเดินเครื่องควรจะเปิดประตูจ่ายน้ำเพียง 3/4 ของอัตราการสูบที่ต้องการต่อเมื่อมีน้ำบรรจุเต็มท่อแล้วจึงค่อย ๆ เปิดประตูน้ำเพิ่มขึ้น วิธีที่กล่าวนี้จะช่วยลดความดันจากวอเตอร์แฮมเมอร์ลงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้นกำลังเป็นมอเตอร์ซึ่งมีรอบคงที่ตลอดช่วงการทำงาน
Cr:https://sites.google.com/site/thaiwatercity/water-hammer