1/Konsep

Fenomena water hammer juga disebut water hammer. Terjadi selama pengangkutan air (atau cairan lainnya), karena pembukaan atau penutupan katup secara tiba-tiba.Katup Kupu-kupu Api, katup gerbang, periksa katup dankatup bolaKetika pompa air tiba-tiba berhenti, katup pengarah dibuka dan ditutup tiba-tiba, dan lain-lain, laju aliran berubah secara tiba-tiba dan tekanan berfluktuasi secara signifikan. Efek water hammer adalah istilah yang gamblang. Istilah ini merujuk pada water hammer parah yang disebabkan oleh benturan aliran air pada pipa ketika pompa air dihidupkan dan dimatikan. Karena di dalam pipa air, dinding bagian dalam pipa halus dan air mengalir bebas. Ketika katup yang terbuka tiba-tiba ditutup atau pompa air dimatikan, aliran air akan menghasilkan tekanan pada katup dan dinding pipa, terutama pada katup atau pompa. Karena dinding pipa halus, di bawah pengaruh inersia aliran air selanjutnya, gaya hidrolik dengan cepat mencapai maksimum dan menghasilkan efek merusak. Inilah yang disebut "efek water hammer" dalam hidrolika, yaitu water hammer positif. Sebaliknya, ketika katup yang tertutup tiba-tiba dibuka atau pompa air dihidupkan, water hammer juga akan terjadi, yang disebut water hammer negatif, tetapi tidak sebesar yang pertama. Benturan tekanan akan menyebabkan dinding pipa mengalami tekanan dan menghasilkan suara, seperti palu yang menghantam pipa, sehingga disebut efek water hammer.

2/Bahaya

Tekanan sesaat yang dihasilkan oleh water hammer dapat mencapai puluhan atau bahkan ratusan kali lipat dari tekanan operasi normal di dalam pipa. Fluktuasi tekanan yang besar tersebut dapat menyebabkan getaran atau kebisingan yang kuat pada sistem perpipaan dan dapat merusak sambungan katup. Hal ini memiliki efek yang sangat merusak pada sistem perpipaan. Untuk mencegah water hammer, sistem perpipaan perlu dirancang dengan benar untuk mencegah laju aliran menjadi terlalu tinggi. Umumnya, laju aliran yang dirancang untuk pipa harus kurang dari 3 m/s, dan kecepatan buka tutup katup perlu dikontrol.
Karena pompa dinyalakan, dimatikan, dan katup dibuka dan ditutup terlalu cepat, kecepatan air berubah drastis, terutama water hammer yang disebabkan oleh penghentian pompa secara tiba-tiba, yang dapat merusak pipa, pompa air, dan katup, serta menyebabkan pompa air berbalik arah dan mengurangi tekanan jaringan pipa. Efek water hammer sangat merusak: jika tekanannya terlalu tinggi, akan menyebabkan pipa pecah. Sebaliknya, jika tekanannya terlalu rendah, akan menyebabkan pipa runtuh dan merusak katup dan perlengkapannya. Dalam waktu yang sangat singkat, laju aliran air meningkat dari nol hingga laju aliran nominal. Karena fluida memiliki energi kinetik dan tingkat kompresibilitas tertentu, perubahan besar dalam laju aliran dalam waktu yang sangat singkat akan menyebabkan dampak tekanan tinggi dan rendah pada pipa.

3/hasilkan

Ada banyak penyebab terjadinya water hammer. Faktor-faktor umum yang memengaruhinya adalah sebagai berikut:

1. Katup tiba-tiba terbuka atau tertutup;

2. Unit pompa air tiba-tiba berhenti atau mulai beroperasi;

3. Sebuah pipa tunggal mengangkut air ke tempat yang tinggi (perbedaan ketinggian medan pasokan air melebihi 20 meter);

4. Total daya angkat (atau tekanan kerja) pompa air tersebut besar;

5. Kecepatan aliran air di dalam pipa air terlalu besar;

6. Pipa air terlalu panjang dan medannya sangat berubah-ubah.
7. Konstruksi yang tidak teratur merupakan bahaya tersembunyi dalam proyek jaringan pipa penyediaan air.
(1) Misalnya, produksi pilar dorong semen untuk sambungan tee, siku, pereduksi dan sambungan lainnya tidak memenuhi persyaratan.
Menurut “Peraturan Teknis untuk Rekayasa Pipa Pasokan Air Polivinil Klorida Kaku yang Terkubur”, pilar penahan semen harus dipasang pada sambungan seperti tee, siku, pereduksi, dan pipa lain dengan diameter ≥110mm untuk mencegah pergeseran pipa. “Pilar penahan beton” tidak boleh lebih rendah dari mutu C15, dan harus dicor di lokasi pada pondasi tanah asli yang digali dan kemiringan parit. Beberapa pihak konstruksi tidak cukup memperhatikan peran pilar penahan. Mereka memaku pasak kayu atau menyancapkan cabang besi di samping pipa untuk bertindak sebagai pilar penahan. Terkadang volume pilar semen terlalu kecil atau tidak dicor pada tanah asli. Di sisi lain, beberapa pilar penahan tidak cukup kuat. Akibatnya, selama pengoperasian pipa, pilar penahan tidak dapat berfungsi dan menjadi tidak berguna, menyebabkan sambungan pipa seperti tee dan siku menjadi tidak sejajar dan rusak.
(2) Katup buang otomatis tidak terpasang atau posisi pemasangannya tidak wajar.
Menurut prinsip hidraulika, katup buang otomatis harus dirancang dan dipasang di titik tertinggi pipa di daerah pegunungan atau perbukitan dengan undulasi besar. Bahkan di daerah dataran dengan medan yang sedikit bergelombang, pipa harus dirancang secara manual saat penggalian parit. Terdapat naik turun, naik atau turun secara siklik, kemiringan tidak kurang dari 1/500, dan 1-2 katup buang dirancang di titik tertinggi setiap kilometer.
Karena selama proses pengangkutan air di dalam pipa, gas di dalam pipa akan keluar dan menumpuk di bagian pipa yang lebih tinggi, bahkan membentuk penyumbatan udara. Ketika laju aliran air di dalam pipa berfluktuasi, kantung udara yang terbentuk di bagian yang lebih tinggi akan terus terkompresi dan mengembang, dan tekanan yang dihasilkan setelah kompresi gas akan puluhan atau bahkan ratusan kali lebih besar daripada tekanan yang dihasilkan setelah air dikompresi (sumber: Pump Butler). Pada saat ini, bagian pipa dengan bahaya tersembunyi ini dapat menyebabkan situasi berikut:
• Setelah air melewati bagian hulu pipa, air yang menetes akan menghilang di bagian hilir. Hal ini karena kantung udara di dalam pipa menghalangi aliran air, menyebabkan pemisahan kolom air.
• Gas bertekanan di dalam pipa dikompresi hingga batas maksimum dan mengembang dengan cepat, menyebabkan pipa pecah.
• Ketika air dari sumber air yang tinggi diangkut ke hilir dengan kecepatan tertentu oleh aliran gravitasi, setelah katup hulu ditutup dengan cepat, karena inersia perbedaan ketinggian dan laju aliran, kolom air di pipa hulu tidak langsung berhenti. Air tersebut masih bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan ini mengalir ke hilir. Pada saat ini, vakum terbentuk di dalam pipa karena udara tidak dapat diisi kembali tepat waktu, menyebabkan pipa mengempis akibat tekanan negatif dan rusak.
(3) Parit dan tanah timbunan tidak memenuhi peraturan.
Parit yang tidak memenuhi standar sering terlihat di daerah pegunungan, terutama karena banyaknya batu di area tertentu. Parit digali secara manual atau diledakkan dengan bahan peledak. Dasar parit sangat tidak rata dan terdapat batu-batu tajam yang menonjol. Dalam kasus ini, menurut peraturan yang berlaku, batu-batu di dasar parit harus disingkirkan dan lebih dari 15 sentimeter pasir harus ditaburkan sebelum pipa dapat dipasang. Namun, para pekerja konstruksi tidak bertanggung jawab atau mengambil jalan pintas dan langsung menaburkan pasir tanpa menaburkan pasir atau hanya menaburkan pasir secara simbolis. Pipa kemudian diletakkan di atas batu-batu tersebut. Ketika penimbunan selesai dan air mulai beroperasi, karena berat pipa itu sendiri, tekanan tanah vertikal, beban kendaraan pada pipa, dan gaya gravitasi, pipa tersebut ditopang oleh satu atau beberapa batu tajam yang menonjol di dasar pipa. Akibatnya, terjadi konsentrasi tegangan yang berlebihan, sehingga pipa sangat mungkin rusak di titik ini dan retak memanjang. Inilah yang sering disebut sebagai "efek goresan".

4/Tindakan

Terdapat banyak langkah pencegahan untuk mengatasi water hammer, tetapi langkah-langkah yang berbeda perlu diambil sesuai dengan kemungkinan penyebab water hammer.
1. Mengurangi laju aliran pipa air dapat mengurangi tekanan water hammer sampai batas tertentu, tetapi akan meningkatkan diameter pipa air dan meningkatkan investasi proyek. Saat memasang pipa air, perlu dipertimbangkan untuk menghindari gundukan atau perubahan kemiringan yang drastis guna mengurangi panjang pipa air. Semakin panjang pipa, semakin besar nilai water hammer saat pompa dihentikan. Dari satu stasiun pemompaan hingga dua stasiun pemompaan, sumur hisap air digunakan untuk menghubungkan kedua stasiun pemompaan tersebut.
Tekanan air mendadak saat pompa berhenti

Yang disebut water hammer akibat penghentian pompa mengacu pada fenomena kejut hidrolik yang disebabkan oleh perubahan mendadak kecepatan aliran di pompa air dan pipa tekanan ketika katup dibuka dan dihentikan karena pemadaman listrik mendadak atau alasan lain. Misalnya, kegagalan sistem tenaga atau peralatan listrik, kegagalan sesekali unit pompa air, dll., dapat menyebabkan pompa sentrifugal membuka katup dan berhenti, sehingga mengakibatkan water hammer ketika pompa dihentikan. Besarnya water hammer ketika pompa dihentikan terutama berkaitan dengan head geometris ruang pompa. Semakin tinggi head geometris, semakin besar nilai water hammer ketika pompa dihentikan. Oleh karena itu, head pompa yang wajar harus dipilih berdasarkan kondisi lokal yang sebenarnya.

Tekanan maksimum water hammer (palu air) saat pompa berhenti dapat mencapai 200% dari tekanan kerja normal, atau bahkan lebih tinggi, yang dapat merusak pipa dan peralatan. Kecelakaan umum menyebabkan "kebocoran air" dan pemadaman air; kecelakaan serius menyebabkan ruang pompa tergenang air, peralatan rusak, dan fasilitas rusak, bahkan dapat menyebabkan cedera pribadi atau kematian.

Setelah menghentikan pompa karena kecelakaan, tunggu hingga pipa di belakang katup searah terisi air sebelum menghidupkan pompa. Jangan membuka katup keluar pompa air sepenuhnya saat menghidupkan pompa, jika tidak akan terjadi benturan air yang besar. Kecelakaan water hammer besar di banyak stasiun pemompaan sering terjadi dalam keadaan seperti itu.

2. Pasang alat penghilang water hammer
(1) Menggunakan teknologi kontrol tegangan konstan
Sistem kendali otomatis PLC digunakan untuk mengendalikan pompa dengan kecepatan frekuensi variabel dan untuk secara otomatis mengendalikan pengoperasian seluruh sistem ruang pompa pasokan air. Karena tekanan jaringan pipa pasokan air terus berubah seiring perubahan kondisi kerja, tekanan rendah atau tekanan berlebih sering terjadi selama pengoperasian sistem, yang dapat dengan mudah menyebabkan water hammer, sehingga merusak pipa dan peralatan. Sistem kendali otomatis PLC digunakan untuk mengendalikan jaringan pipa. Deteksi tekanan, kontrol umpan balik untuk memulai dan menghentikan pompa air dan pengaturan kecepatan, kontrol aliran, dan dengan demikian menjaga tekanan pada tingkat tertentu. Tekanan pasokan air pompa dapat diatur dengan mengendalikan mikrokomputer untuk menjaga pasokan air bertekanan konstan dan menghindari fluktuasi tekanan yang berlebihan. Kemungkinan terjadinya water hammer pun berkurang.
(2) Pasang eliminator water hammer
Perangkat ini terutama mencegah water hammer (hentakan air) ketika pompa berhenti. Biasanya dipasang di dekat pipa keluar pompa air. Perangkat ini menggunakan tekanan pipa itu sendiri sebagai tenaga untuk mewujudkan aksi otomatis tekanan rendah. Artinya, ketika tekanan di dalam pipa lebih rendah dari nilai perlindungan yang ditetapkan, lubang pembuangan akan otomatis terbuka untuk membuang air. Pelepasan tekanan digunakan untuk menyeimbangkan tekanan pipa lokal dan mencegah dampak water hammer pada peralatan dan pipa. Eliminator umumnya dapat dibagi menjadi dua jenis: mekanis dan hidrolik. Eliminator mekanis dikembalikan secara manual setelah beraksi, sedangkan eliminator hidrolik dapat diatur ulang secara otomatis.
(3) Pasang katup periksa penutup lambat pada pipa keluaran pompa air berdiameter besar

Ini dapat secara efektif menghilangkan water hammer (tekanan air di tempat) ketika pompa berhenti, tetapi karena sejumlah air akan mengalir kembali ketikaApi 609Saat katup diaktifkan, sumur hisap air harus memiliki pipa luapan. Ada dua jenis katup periksa penutup lambat: tipe palu dan tipe penyimpanan energi. Jenis katup ini dapat menyesuaikan waktu penutupan katup dalam rentang tertentu sesuai kebutuhan (silakan ikuti: Pump Butler). Umumnya, katup menutup 70% hingga 80% dalam waktu 3 hingga 7 detik setelah pemadaman listrik. Sisa waktu penutupan 20% hingga 30% disesuaikan sesuai dengan kondisi pompa air dan pipa, umumnya dalam rentang 10 hingga 30 detik. Perlu dicatat bahwa ketika ada gundukan di pipa dan terjadi water hammer, peran katup periksa penutup lambat sangat terbatas.
(4) Pasang menara pengatur tekanan satu arah
Menara pengatur tekanan satu arah dibangun di dekat stasiun pompa atau di lokasi yang sesuai pada jalur pipa, dan ketinggiannya lebih rendah daripada tekanan pipa di sana. Ketika tekanan di dalam pipa lebih rendah daripada permukaan air di menara, menara pengatur tekanan akan mengisi kembali air ke pipa untuk mencegah kolom air pecah dan menyebabkan water hammer. Namun, efek pengurangan tekanannya pada water hammer selain water hammer akibat penghentian pompa, seperti water hammer akibat penutupan katup, terbatas. Selain itu, kinerja katup satu arah yang digunakan di menara pengatur tekanan satu arah harus benar-benar andal. Jika katup gagal, hal itu dapat menyebabkan water hammer yang besar.
(5) Pasang pipa bypass (katup) di stasiun pompa
Ketika sistem pompa beroperasi normal, katup searah tertutup karena tekanan air di sisi tekanan pompa lebih tinggi daripada tekanan air di sisi hisap. Ketika pemadaman listrik mendadak menghentikan pompa, tekanan di saluran keluar stasiun pompa air turun tajam, sementara tekanan di sisi hisap naik tajam. Di bawah tekanan diferensial ini, air bertekanan tinggi sementara di pipa utama hisap air mendorong katup searah terbuka dan mengalir ke air bertekanan rendah sementara di pipa utama tekanan air, menyebabkan tekanan air rendah di sana meningkat; di sisi lain, peningkatan tekanan water hammer di sisi hisap pompa air juga berkurang. Dengan cara ini, peningkatan dan penurunan tekanan water hammer di kedua sisi stasiun pompa air dikendalikan, sehingga secara efektif mengurangi dan mencegah bahaya water hammer.
(6) Pasang katup periksa multi-tahap
Pada pipa air yang panjang, tambahkan satu atau lebihkatup periksaDengan demikian, pipa air dibagi menjadi beberapa bagian, dan setiap bagian dipasang katup searah. Ketika air di dalam pipa mengalir balik selama fenomena water hammer, setiap katup searah akan tertutup satu per satu untuk membagi aliran balik menjadi beberapa bagian. Karena tekanan hidrostatik di setiap bagian pipa air (atau bagian aliran balik) cukup kecil, laju aliran air berkurang. Tindakan perlindungan ini dapat digunakan secara efektif dalam situasi di mana perbedaan ketinggian pasokan air geometris besar; tetapi tidak dapat menghilangkan kemungkinan pemisahan kolom air. Kerugian terbesarnya adalah: peningkatan konsumsi daya pompa air selama operasi normal dan peningkatan biaya pasokan air.