Most engineers involved in the planning of pumping systems are familiar with the terms “hydraulic transient”, “surge pressure” or, in water applications, “water hammer”. The question as to whether a transient flow or surge analysis is necessary during the planning phase or not is less readily answered. Under unfavorable circumstances, damage due to water hammer may occur in pipelines measuring more than one hundred meters and conveying only several tenths of a liter per second. But even very short, unsupported pipelines in pumping stations can be damaged by resonant vibrations if they are not properly anchored. By contrast, the phenomenon is not very common in building services systems, e.g. in heating and drinking water supply pipelines, which typically are short in length and have a small cross-section.
ウォーターハンマーの影響を受けるシステムの所有者またはオペレーターは、通常、被ったサージ損傷に関する情報を渡すことに消極的です。しかし、いくつかの「事故」の写真を研究する（図1-A、1-B、1-C）1つのことは明らかです。ウォーターハンマーによって引き起こされる損傷は、予防分析とサージコントロール対策のコストをはるかに超えています。
空気容器やアキュムレータ、フライホイール、エアバルブなどの確実に設計されたサージ制御装置を提供する機能は、長い間最先端でした。ドイツのガスおよび水セクター協会が発行した技術指導リーフレットW 303「給水システムの動的圧力変化」は、給水システムを設計および操作する際には、大きな損傷を引き起こす可能性があるため、圧力過渡現象を考慮する必要があることを明確に述べています。これは、水ハンマーのリスクがあるすべての油圧配管システムに対して、業界基準へのサージ分析を実行する必要があることを意味します。この目的のために専用ソフトウェアは利用できます。これは、専門のサージアナリストが使用する重要なツールです。コンサルタントとシステムデザイナーは、次の質問に直面しています。
- ウォーターハンマーのリスクがあるかどうかはどうすればわかりますか？
- ウォーターハンマーを計算するための近似式はどれほど重要ですか？
- 1つの配管システムのサージ分析は、同様のシステムの結論を描くための基礎として使用できますか？
- サージ分析にはどのパラメーターが必要ですか？
- サージ分析にはいくらですか？
- サージ制御機器はどれだけ信頼性があり、操作にかかりますか？
- コンピューター化された分析はどの程度信頼できますか？
システムデザイナーとサージアナリストは、時間とお金を節約するために密接に協力する必要があります。ウォーターハンマーは複雑な現象です。このパンフレットの目的は、単純化することなく、その多くの側面に関する基本的な知識を与えることです。
パイプライン内の安定した不安定な流れ
流体の圧力を議論するときは、大気の上の圧力[P bar]、絶対圧力[P bar（a）]、および圧力ヘッドH [m]を区別する必要があります。圧力ヘッドHは、特定の圧力pを生成する均一な液体カラムの高さを示します。 「H」の値は常にデータム（平均海面、パイプの軸の中心線、パイプクラウンなど）と呼ばれます。
原則として、システム設計者は、定常状態の動作圧力と流量の量を決定することから始めます。これに関連して、Steady2という用語は、フロー、圧力、ポンプの速度が時間とともに変化しないことを意味します。図2.1-aは、典型的な定常流量プロファイルを示しています。
一定のパイプの直径とパイプの内壁の一定の表面粗さを備えているため、圧力ヘッド曲線は直線になります。単純な場合、ポンプの定常状態の動作点はグラフィカルに決定できます。これは、ポンプ曲線が配管特性と交差するポイントを決定することによって行われます。
ポンプシステムは常に定常状態で動作することはありません。ポンプのみを起動して停止すると、義務条件が変わります。一般的に言えば、動作条件とすべての妨害のすべての変化は、圧力と流れの変動を引き起こすか、異なる方法で、フロー条件を時間とともに変化させます。この種のフロー条件は、一般に非定常または一時的なものと呼ばれます。特に圧力を参照すると、動的圧力変化または圧力過渡現象と呼ばれることもあります。一時的な流れ条件の主な原因は次のとおりです。
- 電源または停電の電源を切り替えた結果としてのポンプ旅行。
- 他のポンプが稼働している間、1つ以上のポンプを開始または停止します。
- 配管システムでのシャットオフバルブの閉鎖または開口部。
- 不安定なH/Q曲線を備えたポンプによる共振振動の励起。
- 入口水位の変動。
図2.1-Bは、ポンプ旅行後の空気容器の有無にかかわらず、圧力エンベロープ3を示す代表的な例として機能する場合があります。
h安定した 図2.1-Bには、定常圧力の圧力ヘッド曲線があります。圧力ヘッドエンベロープhミンクス およびhMaxwk 空気容器のない設置からHMINおよびHMAXを含む設置から取得されました。一方、hミンクス およびhMaxwk 許容圧力範囲内であるHMINは、0 mから約800 mまでのパイプ距離での蒸気圧（マクロキャビテーション）の証拠を提供します。パイプのほぼ全長にわたって、hの値マックス パイプPN 16（「PNパイプ」とマークされた曲線）の最大許容公称圧力を超えているため、容赦なく高くなります。原則として、蒸気圧は最も望ましくない現象です。次の有害な効果をもたらすことができます。
- 薄壁のスチールパイプとプラスチックチューブのへこみまたは座屈。
- パイプのセメントライニングの崩壊。
- 接続するソケットを漏れることにより、飲料水パイプラインに引き込まれた汚れた水。
この技術的な投稿を継続し、また、マクロキャビテーション、つまり液体カラム分離の主題に戻ります。
参照：KSBノウハウ、ボリューム1
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