Mi a vízlökés?
A vízlökés egy hirtelen nyomásnövekedés a csőhálózatban, amit az áramlási sebesség gyors változásai okoznak. Ez a jelenség akkor fordul elő, ha egy mozgó folyadék egy zárt rendszerben hirtelen leállásra vagy irányváltásra kényszerül. Ez a nyomáslökés az egész rendszerre kiterjed, majd megsokszorozódik, ami olyan nyomásnövekedést eredményez, ami a részegységek számára már nem engedélyezett határtartományba esik. Ráadásul az áramlási sebesség sokszorosára nő, és kedvezőtlen körülmények között akár 1200 m/s sebességet is elérhet.
A vízlökés nemcsak víznél, hanem más összenyomhatatlan folyadékoknál (amelyek sűrűsége nyomás alatt sem változtat jelentősen) vagy gázoknál is előfordul. A nyomáslökést gyakran rezgések vagy kopogó hang kíséri, ami addig ismétlődik, amíg meg nem szűnik a nyomás. Ezért nevezik néha vízkalapácsnak.
Bár a nyomáslökések jól hallhatók, de nehezen mérhetők, mert a nyomáslökés rendkívül rövid időn belül, az ezredmásodperces tartományban, keletkezik és ismét el is oszlik. Az elektronikus mérőeszközök gyakran nem alkalmasak ilyen mérésekre, vagy a nyomáslökés meghaladja a mérési tartomány végértékét.
A vízlökés okai
A vízlökésnek több oka is lehet, például szelepek gyors nyitása és zárása, szivattyúk gyors indítása vagy leállítása, visszacsapószelepek túl gyors zárása és a hirtelen áramkimaradás. A vízoszlop leválasztása vagy a nyomáspufferek is elősegítik a kialakulását.
De a kialakítás módja is hatással van a vízlökés előfordulására. A nagy magasságkülönbséggel rendelkező rendszerekben különösen nagy a kockázata, mivel a magasságkülönbségek leküzdéséhez nagyobb nyomásra van szükség.
Az olyan rendszerkialakítások is fokozott kockázatot jelentenek, ahol az egyenletes áramlás megtörik. Ezért lehetőség szerint kerülni kell a görbületeket és az erős nyomásingadozásokat.
A vízlökés közvetlen hatásai
A vízlökés súlyos károkat okozhat:
- Részegységek tömítetlensége.
- A szelepülék deformációja vagy tönkremenetele.
- Visszacsapószelepek tárcsáinak deformációja.
- Törött vagy meggörbült szivattyútengely.
- Tömítések és O-gyűrűk idő előtti lelapulása.
- Törött járókerekek.
- Tömítetlen vagy törött csővezetékek.
Lehetséges hosszú távú következmények a csőrendszerekre
Az egyes műszerek és alkatrészek károsodása mellett a vízlökés gyakran negatív hatással van a teljes rendszer hasznos élettartamára is. Ennek során a veszély a vízlökések intenzitásának növekedésével együtt fokozódik. Gyakran előfordul szivárgás a csőhálózatban, ami azt eredményezi, hogy a rendszer hosszú ideig nem képes hatékony működésre, és közeg- vagy termékveszteség keletkezik.
A vízlökés elkerülése
Helyes szelepválasztás a tervezési fázisban
Az optimális állapot az, ha a rendszert eleve úgy tervezik meg, hogy a vízlökések kockázata elejétől fogva minimális mértékű legyen. A megfelelő szelepek kiválasztása ebben döntő szerepet játszik. A felhasználóknak a tervezési szakaszban ügyelniük kell arra, hogy jó minőségű szelepeket válasszanak, amelyek megfelelő funkcióval rendelkeznek, hogy megelőzzék a vízlökés előfordulását. A pneumatikus vagy elektromos vezérlésű szelepek megfelelő változatokban kaphatók. Kézi vezérlésű szelepek is használhatók. Itt egy rövid áttekintés arról, hogy a szelepeknek milyen követelményeknek kell megfelelniük.
Pneumatikusan működtetett folyamatszabályozási szelepek állítható nyitási vagy zárási idővel
A pneumatikusan működtetett folyamatszabályozási szelepek közé tartoznak a ferdeülékű szelepek (más néven Y szelepek) vagy az átmenő szelepek (más néven egyenes szelepek). Fontos, hogy a szelepek úgy legyenek kialakítva, hogy a folyadék áramlási irányával ellentétesen zárjanak. Így a záró funkció össze van hangolva a közeg tehetetlenségével, és a nyomáslökések természetes úton elkerülhetők. Mind a rugóvisszatérítéses, mind a kettős működtetésű szelepeknél lehetséges ez a kialakítás.
A vízlökés elkerülése érdekében a pneumatikus működtetésű folyamatszabályozási szelepeknek (itt 2000-es típus) a folyadék áramlási sebességével szemben zárniuk kell.
Elektromotoros szelepek
Elektromotoros szelepek, valamint pneumatikus működtetésű folyamatszabályozási szelepek a megfelelő házváltozatokkal, és ferdeülékű vagy golyós szelepek is rendelkezésre állnak. A Bürkert motor szelepeket a következő tulajdonságok jellemzik, amik pozitív hatással vannak a vízlökés jelenségére:
- Merev működtetés, ami nem reaktív és független a közegnyomástól is. A közegben fellépő nyomásingadozások vagy nyomáslökések így nem adódnak át a szelep pozícióra. Ajánlott például kompakt szelepek (3280/3281/3285 típus) használata.
- A szelep sajátos mechanikai kialakítása, a pneumatikus működtetésű folyamatszabályozási szelepekkel ellentétben, nem igényel rugótámasztékot, és nagyfokú ütés- és rezgésállóságot biztosít.
- A Bürkert motor szelepek kapcsolási sebessége egy szoftverfunkcióval pontosan beállítható. Ezáltal a szelepek szándékosan lassan nyithatók, illetve zárhatók, hogy ne növeljék szükségtelenül a nyomást a rendszerben, és az ezzel összefüggésben lévő hatások minimális mértékűre csökkenjenek.
Elektromotoros 2/2‑utas membránszelep (Be/Ki)
- Biztonsági helyzet energiatárolóval
- Beállítható működtető erő
- Diagnosztikai funkciók és terepi busz integráció
- Termékkel érintkező felületek Ra ≤ 0,38 µm…1,6 µm (igény szerint elektropolírozva)
- DN 06…DN 100 csatlakozási méretekben kapható
Membránszelepek
Pneumatikusan vagy elektromotorosan vezérelt membránszelepek is alkalmazhatók, különösen a gyógyszeripari és biotechnológiai gyártás területén. Ezek a típusú szelepek, az ülékes szelepekkel ellentétben, az áramlás irányától függetlenül használhatók, de ugyanazok a tervezési jellemzők (kV-értékt, maximális nyomás…) vonatkoznak rájuk, mint az ülékes szelepekre. A membránszelepek esetében meg kell jegyezni, hogy a vízlökések során rövid idejű tömítetlenség léphet fel a külvilág felé (nemcsak a rekeszfalon keresztül), ami csak a vízlökés rövid pillanatában érzékelhető. Ha a membrán nem sérült meg, a szelep a legjobb esetben továbbra is képes ellátni normál funkcióját.
2/2-utas membránszelep pneumatikus működtetővel rozsdamentes acélból (ELEMENT típus) decentralizált automatizáláshoz
- A szeleptest és a membrán különféle anyagokból, többféle változatban rendelhető
- Termékkel érintkező felületek Ra ≤0,38–1,6 µm (igény szerint elektropolírozva)
- Minden szokványos csatlakozási méretben és változatban elérhető
Optimalizálási lehetőségek meglévő rendszerekhez
A meglévő rendszereknél különböző módszerek lehetségesek a vízlökés veszélyének utólagos csökkentésére. Egy ilyen jellegű, az egész rendszerre kiterjedő átalakítást csak olyan folyamatmérnöknek szabad mérlegelnie, aki átfogóan ismeri a teljes folyamatot.
A lehetséges megoldások:
- Egyes szelepek cseréje olyan szelepekre, amelyek nyitási és zárási ideje beállítható.
- Fojtók és csőfokozatok beépítése a szelepen áthaladó folyadék mennyiségének csökkentésére, hogy a szelepek lassabban zárjanak.
- A pneumatikus folyamatszabályozási szelepek zárási sebességének lelassítása a pneumatikus működtető levegőellátásának vagy -kieresztésének a fojtásával.
- Elektromotoros működtetők használata a nyitási és zárási idő beállításával.
- A sebességváltozás korlátozása a rendszerben.
- Kettős működtetésű aktuátorok használata, a megfelelő vezérlőegységgel.
Következtetés
A vízlökés komoly problémát jelent a csőrendszerekben. Károsíthatja a rendszerben lévő műszereket és a csőhálózatot. A szelepek megfelelő kiválasztása, a zárási sebesség beállítása, fojtók vagy visszacsapószelepek beépítése és a rendszer egyéb átalakítása tapasztalt szakemberek által a legtöbb esetben megakadályozhatja a vízlökést.
Problémái vannak a vízlökéssel vagy szeretné kezdettől fogva megelőzni?
A Bürkert áramlástechnikai szakemberei tanácsokkal látják el a tervezési fázisban, és segítenek kiválasztani a megfelelő részegységeket.