Mikä on vesivaimennus?
Vesihammas tai hydraulinen jysähdys on ilmiö, joka voidaan ymmärtää nopeasti liikkuvan tiivisen nestemässän törmäämisellä putkijärjestelmässä esteeseen, kuten kaareutuvaan osaan tai venttiiliin. Vesihammas määritellään siis yhtäkkiä tapahtuvalle paineen nousulle, joka johtuu nesteen liikkeen esteestä tai suunnan muuttumisesta.
Esimerkki: Tämä tapahtuu usein pidemmän höyryputken lämpöittelyn tai lämmitettäessä alkuoperaation aikana, sekä höyryn ja kondensaatin sekoittuessa. Vesihammas on ilmiö, joka tapahtuu usein tietoisesti ja tietämättömästi arkipäiväelämässämme – esimerkiksi kun avataan ja suljetaan yhtäkkiä vedenkranne huoneessa peseytettäessä. (kraanan avaaminen/suljettaminen nopeasti).
Vesihammas - Käsitysten väärinkäsitys
Monet termo-hydrauliset ilmiöt, kuten alla olevassa taulukossa, luokitellaan usein väärin vesihammasiksi. Ilmiön aiheuttamat vahingot sisältävät hydraulista ja lämpöä koskevia jysäyksiä. Vesihammas tapahtuu pääasiassa tietämättömyyden ja epäasianmukaisten käyttö- ja ylläpitokäytäntöjen vuoksi. Vesihammassa on totta sanonta "ennaltaehkäisy on parempi kuin hoito".
Termodynamiikka-ilmiö |
Sijainti |
Vesihammas |
Höyryputkeissa ja -otsikoissa |
Vesipistooli (epävakaita vaakasuoria aaltoja) |
Varastotankissa (kuten deaeratorissa) |
Kuivaus- ja laihtuminenjysähdys |
Deaeratorissa |
Vesiinduktio, rotorin tai kotelin vääristyminen |
Höyryturbinassa ja höyryputkeissa |
Vesihammasin esiintyminen
Kun höyry jää kattilaan, sen täytyy matkustaa etäisyyden ennen kuin se saavuttaa käyttöpaikan (höyryturbina tai muu lämpövaihtaja), ja matkalla höyry alkaa menettää lämpöä. Tämän seurauksena höyry putkessa alkaa kondensoidua. Laitoksen käynnistyksen aikana kondensaatin (veden tipujen muodostama) muodostumisnopeus on erittäin korkea, koska koko järjestelmä aloittaa kylmästä tai kylmästä käynnistykseltään.
Toiminnan aikana nämä kondensaatin tiput alkavat kertyä pitkin höyryputkiverkoston pituutta ja muodostavat solidaalisen kondensaattitekijän, kuten alla olevassa kuvassa näkyvä.
Kondensaatio johtaa vedentippujen muodostumiseen. Asteittain kondensaatti kertyy pitkin putken pituutta ja muodostaa solidaalisen tekijän. Kun tämä tekijä kohtaa esteen, kuten orifiiarin, venttiilin tai kaarevan osan, näiden esteiden seurauksena solidaalinen tekijä pysähtyy odottamattomasti. Tässä prosessissa solidaalisen tekijän kinettinen energia muuttuu paineen energiaksi, ja putkiverkosto on kykenevä selviytymään siitä.
Vesihammasin vaikutus
On tärkeää ymmärtää vesihammasin vakava vaikutus laitoksissa käytettyihin laitteisiin. Alla oleva esimerkki selventää vesihammasin tuhoisan luonteen:
Täytehöyryn suositeltu nopeus on 25–35 metriä sekunnissa
Veden suositeltu nopeus putkiverkostossa on 2–3 metriä sekunnissa
Kun vesihammas tapahtuu, kondensaattitekijä vedetään höyryn myötä, ja näin veden tekijä kulkee nopeudella, joka on kymmenkertainen veden nopeuteen verrattuna. Siksi vesihammas on aina yhdistetty erittäin korkeaan paineeseen.
Seikat, jotka auttavat välttämään vesihammaista
Höyryjärjestelmä on hyvin monimutkainen ja dynaaminen, joten vesihammasin välttäminen on haastava tehtävä. Mutta parhaiden insinöörimenetelmien avulla sen esiintyminen voidaan helposti voittaa noudattamalla:
Höyryputkeille tulisi tarjota asianmukainen kaltevuus virtausuunessa.
Höyrypurkujen asennus säännöllisin väliajoin ja niidenkin alimmilla kohdilla. Höyrypurkujen asentaminen alimmilla kohdilla varmistaa kondensaatin poistamisen järjestelmästä.
Putkien taivutus johtaa kondensaatin muodostumiseen putkiverkostossa ja voi lisätä vesihammasin todennäköisyyttä. Siksi höyryputkit tulisi tukea asianmukaisesti välttääksesi taivutusta.
Standardit käynnistysmenetelmät ovat tarpeen laitoksen kylmälle käynnistykselle. Operaattoreita tulisi kouluttaa huolellisesti huomioiden eristävän venttiilin hitaaseen avaamiseen.
Asianmukainen purkupussin koko, jotta kondensaatti ei voisi hypätä tai ohittaa sitä helposti. Purkupussin tarkoituksen tulisi olla kerätä kaikki kondensaatti ja ohjata se purkun kautta.
Pienentäjien tyyppiä tulisi olla eksentrisiä eikä keskellä olevia pienentäjiä.
Vesihammas voimaloissa
Vesihammas tapahtuu, kun vesi, jota höyryn paine tai alhaisen paineen tyhjiö kiihdyttää, on yhtäkkiä pysäytetty vaikutuksella venttiiliin tai osaan, kuten kaarevaan osaan tai tee-osuuteen, tai putken pintaan. Veden nopeudet voivat olla paljon suurempia kuin normaali höyryn nopeus putkessa, erityisesti vesihammaisin tapahtuessa käynnistyksen aikana.
Kun nämä nopeudet hävitetään vaikutuksella, veden kinettinen energia muuttuu paineen energiaksi, ja paineen jysähdys kohdistetaan esteeseen. Lievissä tapauksissa on melua ja ehkä putken liikettä.
Pahemmissa tapauksissa putki tai osat voivat katketa melkein räjähdyksen tavoin, ja seurauksena on elävän höyryn pääsy katkosten kautta. Putkien tai höyryjärjestelmän komponenttien katkominen voi heittää osia, jotka voivat aiheuttaa loukkaantumisia tai kuolemia.
