ウォーターハンマー(水撃作用)とは

皆さんこんにちは。

水系消火設備を点検等しているとよく耳にするこの「ウォーターハンマー」という単語ですが、実はこれとっても大事な単語なんです。

消火栓やスプリンクラーなどを点検している方はこのウォーターハンマーの意味と回避方法を知っておかないと大変なことになる…かもしれません。それではこの用語の意味などを解説していこうと思います。

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ウォーターハンマーとは

水撃作用という字の通り、水(流体)の力で衝撃が起こることです。ハンマーで叩いたようなものすごい音がすることからウォーターハンマーとも呼ばれています。水に限らず気体を含めた流体全てで起きうる現象になります。蒸気配管で起こるウォーターハンマーをスチームハンマーとも言います。

水圧配管内の水流(水の流れ)をいきなり止めた場合に、それまで流れていた水の流れがせき止められて停滞した水(若しくは逆流した水)と、その後ろから流れてきた勢いのある水がぶつかって衝撃と高水圧が発生する現象です。

この衝撃により弁類(仕切り弁や逆止弁など)が破損したり、ウォーターハンマーが巨大な場合は配管そのものが破損したりする場合があるのでウォーターハンマーは極力抑えなければなりません。

文章だとイメージがわかりずらいと思いますので、下図にて説明いたします。

ウォーターハンマーの例

  • (1)は、配管内を水が流れている図で、仕切り弁で水の流れを遮っていない状態になります。
  • (2)は、配管の仕切り弁を急激に閉鎖して水の流れを遮った状態です。
  • (3)は、仕切り弁によって遮られた水の流れが停滞、又は逆流している状態です。
  • (4)は、停滞・逆流した水に後方から勢いのついた水が衝突して、水撃作用(ウォーターハンマー)が発生している状態になります。

この衝撃は配管内に流れる流体の速度や密度に比例しますので、ポンプなどで流体を圧送している時には特に衝撃や水圧が高くなりがちです。

一般家庭の水道などではそんなに流速は早くありませんが、蛇口を閉めるのが急激であれば小規模ながらウォーターハンマーは発生します(特にレバーを上下して止水するワンタッチ式の水洗器具や電磁弁を用いる全自動洗濯機)。

その衝撃が蓄積されれば配管の弱い部分(ねじ込み部分や継ぎ手など)が破損して漏水の原因になりますので、ウォーターハンマーを防止する装置(水撃防止器具)を取り付けなければなりません。

また、水が流れている配管へ水の供給をいきなり止める行為もウォーターハンマーを誘発します。例えばホースなどで散水している状態でいきなり蛇口を閉めるといった行為になります。

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ウォーターハンマーを回避するには?

では、このウォーターハンマーを回避するにはどうすれば良いのでしょうか?

上記でも説明したように、流体の流れを急激に止めなければウォーターハンマーは起きないのでそれを念頭に

  1. 止水する時にはゆっくりと止める(バルブや水洗器具の開閉動作はゆっくりと行う)。
  2. 圧力を逃がす装置を設置する(サージタンクや水撃防止器具など)。
  3. 配管をしっかりと固定する。
  4. 鳥居配管を用いない。
  5. 配管内の流体の量を絞る。
  6. 配管を太くする(太いと流速が下がる為)

などがあります。

当ブログは消防用設備のブログなので、特にバルブの閉動作について強く推奨いたします。1号消火栓の玉型弁の操作や、2号消火栓のノズルコック、スプリンクラーの末端試験弁のボールバルブ、一斉開放弁試験時の手動起動装置の操作(ゆっくり開ける)などウォーターハンマーを防止して、不要なトラブルを未然に防ぎたいものですね。

まとめ

最後までご覧頂きありがとうございます。

消火設備に水を使う以上切っても切れない関係のウォーターハンマー、ひとたび発生すれば配管の破損や継ぎ手や弁類の破損やそれに伴う漏水などその損害は計り知れませんが、回避の方法を知っておけば怖くはありません。

そこでひとつ皆さんにお願いです。屋内(屋外)消火栓(発信機で遠隔起動する方式)(特に乾式のもの)において、放水試験を行うときには必ずメインバルブ以降の配管に圧力を張ってから放水試験を行ってください。

なぜかというと、消火栓ポンプが起動した瞬間から水をものすごい勢いで配管内へ送ります。その配管内の圧力とポンプの吐き出し圧力に差がある場合に、配管内に急激に圧力が加わり、配管や弁類、継ぎ手の破損につながるからです。

メインバルブ二次側への圧力の張り方は、

  1. まずメインバルブを閉鎖した状態でポンプを起動します。
  2. 起動したらメインバルブを少し開けてゆっくり水を二次側へ流します。
  3. この時に電流値をよく観察して締め切り運転時の電流より少し電流値が上がるくらい(2~4A)メインバルブを開けます。
  4. 圧力が張れれば電流値も締め切り運転時と同じ電流値になるのでそうしたらポンプを止めてメインバルブを全開にします。

こうすればポンプの吐き出し圧力と配管内の圧力が同じになるので、メインバルブが全開の状態でポンプを回しても配管にストレスがかかりません。

ポンプがどのような状態で電流値が変化するのか知りたい方は→こちら

また、素人さんがよくやるのが、放水試験終了時に玉型弁などを閉鎖しないでポンプを止めるやり方です。これもウォーターハンマーを誘発する行為ですので、放水試験が終わったら玉型弁などをゆーーーっくり閉鎖して配管内の水の流れを落ち着かせてからポンプを止めましょう。

合言葉は「バルブの操作はゆっくりと!」です(笑)