何謂水錘作用?


 

水錘作用(Water Hammer),或稱水擊,意指水流於長管路中流動,此時若將管路下游之閥門快速關閉,水流之流動具有慣性之動量,因此水流之慣性動量持續往前推擠,造成管內壓力急速上升,造成管路受到破壞。在住家發生時,除了慢慢的破壞管線外,其噪音會造成很大的困擾,常會讓人誤以為噪音是鄰居製造的。

 

水錘作用大小則視水路之流量與水頭落差(指管路兩頭落差),瞬間流量與水頭落差愈大,造成流速愈快,相對地水流的慣性動量愈大,產生水錘作用所造成之巨大壓力更是驚人,有可能造成設備之損害,因此通常會有洩壓裝備將管內壓力宣洩,減低管內水流造成衝衝擊波持續震盪。

 

水錘作用的發生並不僅限於水流,流體(包括氣體、液體及氣液混合體)的管路流動均有可能產生水錘作用。

 

水錘作用過程

該產生之壓力以水中之音速往上游傳遞為壓力波,並逐漸停止水流,當壓力波傳抵管路上游出口,則壓力被釋放。此時,因管內之壓力大於上游出口外之壓力,導致管中水流開始往上游出口迴流。當此迴流抵閥門時,因閥門為關閉狀態,造成閥門處產生負壓波,水流又趨於靜止。該負壓波再度傳抵管路上游出口,造成水流再度往管路中流進。如此水流持續在管中震盪,因受管壁摩阻力之影響及管路上游水流進出之阻力影響,該水流震盪強度將逐漸縮小,直至水流完全停止。

 

當高速行進之列車進入隧道,重擊隧道內之空氣亦會產生高壓波,該高壓波如同水錘作用之壓力波在隧道內傳遞,並逐漸將隧道內之空氣加速,則被稱之為活塞效應。

 

解決方法

在水力發電輸水路與鋼管之間常設有平壓塔,便是在減緩水錘之壓力波往水路上游傳遞之強度,或於管路間設置釋壓閥將過大之壓力予以釋放,有些氣體管路則設置有氣室(air chamber),等等。但最為有效、最低成本的安全做法是:開啟或關閉閥門時,閥門之開孔避免過快關閉,換言之,不要使管路中之水流速度發生遽烈改變。

 

資料來源:維基百科

 

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