Co je vodní kladivo?
Vodní kladivo nebo hydraulický šok je fenomén, který lze chápat jako náhlý náraz rychle se pohybujícího pevného tělesa v potrubí na jakoukoli překážku, kterou může být ohyb, ventil atd. Takže vodní kladivo je definováno jako náhlý nárůst tlaku způsobený překážkou pohybu tekutiny nebo změnou směru.
Příklad: Vyskytuje se během nabíjení nebo zahřívání delší párové trubice během počátečního spouštěcího procesu a také kvůli míchání páry a kondenzátu. Vodní kladivo se stává v našem každodenním životě často uvědoměně i neuvědoměně – když náhle otevřeme a zavřeme vodovodní kohout v koupelně při koupeli (rychlé otevírání/zavírání sprchového ventila).
Zaměňovaný koncept vodního kladiva
Mnoho termo-hydraulických jevů, jak je uvedeno v tabulce, je často nesprávně označováno jako vodní kladivo. Následné poškození z těchto jevů zahrnuje hydraulické a tepelné šoky. Vodní kladivo se vyskytuje hlavně kvůli nedostatku povědomí a nesprávné praxi provozu a údržby. V případě vodního kladiva platí pravidlo, že "prevence je lepší než léčba".
Termodynamický jev |
Místo výskytu |
Vodní kladivo |
V párových trubkách a hlavičkách |
Vodní píst (nestabilní vodorovné vlny) |
Úložná nádrž (např. deaerator) |
Blikající kondenzace a výparový šok |
V deaeratoru |
Vodní indukce, deformace rotoru nebo obalu |
V párovém turbíně a párovém potrubí |
Výskyt vodního kladiva
Když pára opouští kotel, musí urazit určitou vzdálenost, než dosáhne místa použití (párové turbíny nebo jiného výměníku tepla), a během cesty začíná ztrácet teplo. Jako důsledek toho začíná pára v potrubí kondenzovat. Během startu zařízení je rychlost formování kondenzátu (tvořeného kapkami vody) velmi vysoká, protože celý systém startuje z chladného stavu.
Během provozu tyto kapky kondenzátu začínají vytvářet pevný těleso kondenzátu podél délky párové sítě, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
Kondenzace vede k vytvoření vodních kaplí. Postupně kondenzát začíná vytvářet pevné těleso podél délky trubky. Když toto těleso narazí na jakoukoli překážku, jako jsou orifice, ventil nebo ohyb, dojde k náhlému zastavení pevného tělesa. Během tohoto procesu kinetická energie pevného tělesa se mění na tlakovou energii a síť potrubí musí s tím vyrovnat.
Dopad vodního kladiva
Je třeba pochopit vážný dopad vodního kladiva na zařízení používaná v elektrárnách. Níže uvedený příklad jasně vysvětluje destruktivní povahu vodního kladiva:
Pro nasycenou páru je doporučená rychlost 25 až 35 metrů za sekundu
Pro vodu v potrubní síti je doporučená rychlost 2 až 3 metry za sekundu
Když dojde k vodnímu kladivu, kondenzát je tažen párou a tak vodní těleso cestuje rychlostí rovnající se rychlosti páry, což je desetkrát větší než rychlost vody. Tedy vodní kladivo je vždy spojeno s velmi vysokým tlakem.
Faktory, které pomáhají předcházet vodnímu kladivu
Párový systém je velmi komplexní a dynamický, a tak předcházení vodnímu kladivu je obtížnou úlohou. Ale s pomocí následujících nejlepších inženýrských praktik lze jeho výskyt snadno překonat tím, že:
V párových trubkách by měla být poskytnuta vhodná sklon v směru toku.
Instalace párových pastiček v pravidelných intervalech a to především v nejnižších bodech. Instalace párových pastiček v nejnižších bodech zajišťuje odstranění kondenzátu ze systému.
Prohnutí trubek vedou k vytvoření kondenzátu v potrubní síti a mohou zvýšit šanci na vznik vodního kladiva. Proto by měly být párové trubky správně podporovány, aby se zabránilo jakémukoli prohnutí.
Standardní postupy startu jsou nutné pro studený start zařízení. Operátoři by měli být správně vyškoleni, aby se postarali o pomalé otevírání izolačního ventulu.
Správné rozměrování odpadových kaps, aby se zajistilo, že kondenzát nemůže snadno přeskočit nebo projít. Účelem odpadové kapsy je shromažďovat všechny kondenzát a propouštět ho prostřednictvím pastičky.
Typ reduktorů by měl být excentrický namísto koncentrických reduktorů.
Vodní kladivo v elektrárnách
Vodní kladivo nastává, když voda, zrychlená párovým tlakem nebo nízkotlakou dutinou, je náhle zastavena dopadem na ventil nebo příslušnost, jako je ohyb nebo kříž, nebo na povrch trubky. Rychlost vody může být mnohem vyšší než normální rychlost páry v trubce, zejména když vodní kladivo nastává během startu.
Když jsou tyto rychlosti zničeny dopadem, kinetická energie vody se přemění na tlakovou energii a dojde k tlakovému šoku. V mírných případech dochází k hluku a možná k pohybu trubky.
V těžších případech může dojít k zlomení trubky nebo příslušností s téměř explozivním efektem a následným unikem živé páry z místa zlomu. Zlomení trubek nebo součástí párového systému může propudit fragmenty, které mohou způsobit zranění nebo smrt.
