ウォーターハンマーとは

皆さんこんにちは。

消火設備でポンプを使用する設備（消火栓やスプリンクラーなど）の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（水撃作用）」という言葉ですが、このウォーターハンマーの意味と防止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。

この記事ではウォーターハンマーの意味と発生原理と防止方法を解説しています。

ウォーターハンマーとは
ウォーターハンマーを防止するには？
まとめ

ウォーターハンマーとは

ウォーターハンマー（水撃作用）というのは字のごとく、流体（水や蒸気など）の力で衝撃が起こる現象のことを指し、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が、水に限らず気体を含めたすべての流体で起こりうる現象であり、蒸気配管で起こる水撃作用をスチームハンマーと言ったりもします。

ではどういった仕組みで起こる現象なのかというと

水圧配管内の流体の流れを急激に止めた場合、それにより流れていた水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

という現象なのですが文章だけだと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発生イメージ

(1)は、配管内を水が流れているイメージで、仕切り弁で水の流れを遮っていないイメージ
(2)は、配管の仕切り弁を素早く閉鎖して水の流れを急激に遮ったイメージ
(3)は、仕切り弁によって遮られた配管内の水の流れが停滞、又は逆流しているイメージ
(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、ウォーターハンマーが発生しているイメージ

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や流体の速度が速い場合には特に衝撃や水圧が高くなりやすく、配管長が長い場合にも流体量が多い為に大きくなりやすい傾向があります。

そしてこの衝撃や高水圧により仕切り弁や逆止弁などの弁類が破損したり、ウォーターハンマーが大きい場合は配管そのもの（特に継ぎ手のネジ部分）が破損したりする恐れがあるので、ウォーターハンマーの発生を抑えなければなりません。

例えば一般家庭の水道であればそんなに流速及び流量は多くありませんが、蛇口を閉める動作が素早いもの（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）の場合は小規模ながらウォーターハンマーが発生し、この衝撃が蓄積されれば配管の構造的に弱い部分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）の取付が推奨されています。

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することがあり、例えば消火栓等で放水試験などを行っている時に、消火栓開閉弁（バルブ）を閉鎖しない状態（配管内の流体が流れている状態）で消火ポンプを止めるような行為が該当します。

これは配管内を水が流れて慣性が働いている状態の所にいきなり水の供給を止めると配管内の水は慣性により流れようとしますが、水の供給がなくなり配管内は急激に真空に近い負圧となって水の流れを阻害してウォーターハンマーが発生するという仕組みなので、配管内の流体の流れを完全に停止させてからポンプを止める事が大切です。