ウォーターハンマーによる被害を軽減するにはどうすればよいですか?

ウォーターハンマーは配水システムにおける一般的な問題であり、その影響を軽減するために利用できるさまざまな保護手段があります。ただし、これらの対策はウォーターハンマーの特定の原因に合わせて調整する必要があります。一般的に使用されるいくつかの方法を以下に示します。

パイプライン内の流量を下げると、ウォーターハンマー圧力をある程度軽減できます。ただし、これにはパイプの直径を大きくする必要があり、プロジェクトのコストが増加します。パイプラインをレイアウトするときは、パイプラインの傾斜が突然変化したり、こぶ（高い点）が形成されたりする状況を避けることが重要です。

さらに、パイプラインが長くなると一般にポンプ停止時のウォーターハンマーが大きくなるため、パイプラインの長さを短くすることも効果的です。 1 つのアプローチは、1 つのポンプ ステーションを 2 つに分割し、吸引井を使用して 2 つのステーションを接続することです。

ポンプ停止中のウォーターハンマーの大きさは、主にポンプ場の幾何学的な落差に関係します。幾何学的ヘッドが高くなるほど、ウォーターハンマーの可能性が大きくなります。したがって、現場の状況に基づいて適切なポンプヘッドを選択することが重要です。

ポンプの停止後、システムは逆止弁の下流のパイプが水で満たされるまで待ってからポンプを再起動する必要があります。ポンプの始動中は、重大なウォーターハンマーを引き起こす可能性があるため、ポンプ出口バルブを完全に開かないことが重要です。ポンプ場での大規模なウォーターハンマー事故の多くは、このような状況下で発生します。

(1) 定圧制御技術の採用：

PLC (プログラマブル ロジック コントローラー) 自動制御システムを使用して、可変周波数制御を通じてポンプの速度を調整できます。配水ネットワーク内の圧力は動作条件の変化に伴って変動するため、圧力の急上昇や低下が一般的であり、ウォーターハンマーの危険やパイプや機器の損傷につながります。圧力を監視し、ポンプのオン/オフや速度の調整などポンプの動作を制御することにより、システムは一定の圧力を維持します。これにより、大きな圧力変動が防止され、ウォーターハンマーの可能性が軽減されます。

(2) ウォーターハンマーアレスターの設置:

これらの装置は主にポンプの停止によって引き起こされるウォーターハンマーを防止し、通常はポンプ出口の近くに設置されます。パイプライン内の圧力を使用して、圧力が設定されたしきい値を下回ったときに圧力リリーフバルブを作動させ、水を排出して圧力を解放します。これは、局所的なパイプラインの圧力のバランスをとり、ウォーターハンマーによる損傷を防ぐのに役立ちます。ウォーターハンマーアレスタには、一般的に機械式と油圧式があります。機械式アレスタは作動後に手動でリセットする必要がありますが、油圧式アレスタは自動的にリセットされます。

(3) 大口径配管への遅閉逆止弁の設置：

ゆっくりと閉じる逆止弁は、ポンプの停止によって引き起こされるウォーターハンマーを効果的に軽減します。ただし、バルブの作用により一部の水が逆流するため、吸込井にオーバーフロー管が必要です。遅閉逆止弁には重量式とエネルギー蓄積式の2種類があります。これらのバルブは、特定の時間枠内で閉じるように調整できます。通常、バルブは停電後 3 ～ 7 秒以内に 70% ～ 80% 閉まり、残りの 20% ～ 30% が閉まるまでに 10 ～ 30 秒かかります (ポンプとパイプラインの状態によって異なります)。配管内に高い箇所（ハンプ）がある場合には、カラム分離によるウォーターハンマーが発生する可能性があり、この場合には遅閉逆止弁の効果が低下するので注意してください。

(4) 一方向圧力調整塔の設置:

一方向圧力調整塔は、ポンプステーションの近くまたはパイプラインの適切な位置に構築できます。タワーの水位は、その時点のパイプラインの圧力よりも低くなければなりません。パイプラインの圧力がタワーの水位を下回ると、水柱の分離を防ぎウォーターハンマーを避けるために、タワーからパイプラインに水が補充されます。しかし、この対策はバルブ閉止によるウォーターハンマーの防止にはあまり効果的ではありません。さらに、故障すると重大なウォーターハンマーが発生する可能性があるため、タワーで使用される一方向弁は信頼性が高くなければなりません。

(5) ポンプ場へのバイパス管（バルブ）の設置：

通常の状態では、ポンプの吐出側の圧力が吸入側よりも高いため、逆止弁が閉じます。突然の停電が発生すると、ポンプの吐出側圧力が急激に低下し、吸入側圧力が急激に上昇します。この圧力差により吸込管路内の一時的な高圧水が逆止弁を押し開き、水を低圧吐出側に送り出します。このプロセスにより、ポンプの両側の圧力が均等になり、ウォーターハンマーの可能性が軽減されます。

(6) 複数のチェックバルブの取り付け:

長いパイプラインの場合、複数の逆止弁を取り付けるとパイプラインを複数のセクションに分割できます。各セクションには独自の逆止弁があります。ウォーターハンマーが発生した場合、各逆止弁が順番に閉じるため、水の流れはより小さなセクションに分割されます。各セクションの圧力ヘッドが小さいため、ウォーターハンマーの大きさが減少します。この方法は、垂直水頭差が大きいシステムに特に役立ちます。ただし、水柱分離のリスクを排除することはできません。大きな欠点は、通常の動作中にポンプのエネルギー消費と運用コストが増加することです。

これらの戦略を実行することで、給水システムに対するウォーターハンマーの影響を効果的に軽減し、安全性と運用効率の両方を確保することができます。

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