Was ist ein Wasserschlag? Wasserschlageffekt

Was ist ein Wasserschlag?

Ein Wasserschlag ist ein Phänomen, das in jedem Rohrleitungssystem auftreten kann, in dem Ventile zur Steuerung des Flüssigkeits- oder Dampfflusses verwendet werden. Ein Wasserschlag ist das Ergebnis eines Druckstoßes oder einer Hochdruckstoßwelle, die sich durch ein Rohrleitungssystem ausbreitet, wenn eine in Bewegung befindliche Flüssigkeit gezwungen wird, ihre Richtung zu ändern oder abrupt anzuhalten. Diese Stoßwelle wird auch häufig als hydraulischer Stoß oder hydraulischer Schwall bezeichnet und kann durch ein deutliches Schlag- oder Klopfgeräusch in den Rohren unmittelbar nach der Absperrung gekennzeichnet sein.

Ein Wasserschlag kann auftreten, wenn ein offenes Ventil plötzlich schließt und das Wasser dagegen schlägt, oder wenn eine Pumpe plötzlich abschaltet und der Durchfluss die Richtung zur Pumpe umkehrt. Da Wasser inkompressibel ist, führt der Aufprall des Wassers zu einer Stoßwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit zwischen dem Ventil und dem nächsten Bogen im Rohrleitungssystem oder innerhalb der Wassersäule nach der Pumpe ausbreitet.

Entstehung von Wasserschlägen

Anhand der folgenden Diagramme lässt sich die Entstehung des Wasserschlags sehr gut nachvollziehen.

Nachdem sich Kondensat gebildet hat, besteht die Strömung im Rohr aus zwei Komponenten: Dampf und Kondensat. Die Fließgeschwindigkeit von Dampf ist viel höher als die von Kondensat. Während einer solchen Zweiphasenströmung wird das schwere Kondensat, das am Boden des Rohrs fließt, von schnell fließendem Dampf mitgerissen. Dies führt zur Bildung eines Wasserpfropfens, der viel dichter ist als Dampf, der sich mit Dampfgeschwindigkeit bewegt. Wenn dieser Pfropfen durch eine abrupte Bewegung wie eine Biegung oder ein Gerät gestoppt wird, wird die kinetische Energie des Pfropfens plötzlich in Druckenergie umgewandelt, die eine Stoßwelle in der gesamten Rohrleitung erzeugt. Die Rohrleitung vibriert weiter, bis diese Energie in der Struktur abgebaut ist.

Wasserschlageffekt und vorbeugende Maßnahmen an Rohrleitungen

Das Wasser Hammereffekt bedeutet, dass beim plötzlichen Schließen des offenen Ventils aufgrund der Trägheit des Druckwasserflusses die Stoßwelle des Wasserflusses erzeugt wird und dann Schäden verursacht. Dies ist der „Wasserschlageffekt“ in Hydraulik, auch gleich dem positiven Wasserschlag.

Im Gegenteil, wenn das geschlossene Ventil plötzlich geöffnet wird, entsteht auch hier ein Wasserschlag, ein sogenannter negativer Wasserschlag, der ebenfalls eine gewisse Zerstörungskraft besitzt, jedoch nicht so groß ist wie der vorherige.

Normalerweise wird das Schließelement plötzlich in den Ventilsitz gesaugt, wenn das Ventil kurz vor dem Schließen steht. Dies wird als Zylindersperreffekt bezeichnet.

Obwohl der Wasserschlag viel Lärm verursacht, wird der eigentliche Schaden durch mechanisches Versagen verursacht. Da die kinetische Energie drastisch in einen statischen Leitungsdruck umgewandelt wird, kann der Wasserschlag die Leitung brechen oder die Rohrhalterung beschädigen und die Rohrverbindung beschädigen. Bei Ventilen kann ein Wasserschlag starke Vibrationen durch die Spule verursachen, die zum Versagen der Scheibe, Dichtung oder Packung führen können.

Bei Ventilen besteht die Möglichkeit, Wasserschläge zu verhindern darin, plötzliche Druckänderungen im System zu vermeiden.

Um Druckschwankungen zu vermeiden, sollte das Ventil mit einer gleichmäßig variierenden Geschwindigkeit geschlossen werden. In einigen Fällen kann es bei Verwendung der Schnellöffnungsfunktion erforderlich sein, auf eine gleichprozentige Kennlinie umzustellen. Bei Regelventilen muss der Wasserfluss bei Annäherung an den Sitz gedrosselt werden, ein Antrieb mit ausreichend großem Ausgangsschub, wie z. B. ein pneumatischer Kolbenantrieb oder ein hydraulischer Antrieb, oder eine spezielle Kerbe an der Hubhülse eines manuell drehenden Antriebs.

Das Einstellen einer Art Anti-Schwankung auf das Rohrleitungssystem reduziert auch den Wasserschlageffekt. Dies kann durch die Verwendung einer Druckentlastung erreicht werden. Ventil oder ein Puffertank. Darüber hinaus kann Gas in das System eingespritzt werden, und die Gaseinspritzung kann die Dichte der Flüssigkeit verringern und eine gewisse Kompressibilität bieten, um plötzliche Schwankungen auszugleichen.

Tipps zur Vermeidung von Wasserschlägen

Vermeiden Sie schnell schließende Ventile: Manuelle Ventile sollten langsam geschlossen werden, insbesondere wenn die Pumpen noch laufen. Schnell schließende Magnetventile sollten vermieden werden, wenn keine anderen Abhilfemaßnahmen installiert sind. Für den Hausgebrauch eignen sich Schrägsitzventile oder manuelle Kugelhähne, die Sie langsam schließen, hervorragend als Ventile für Trinkwassersysteme.“
Installieren Sie Ausdehnungsgefäße, Wassertürme, Ausgleichsbehälter oder Hydraulikspeicher: Diese Systeme fangen Druckstöße auf, indem sie die Ausdehnung der Flüssigkeit zulassen und Wasserschläge verhindern.
Betriebsdruck reduzieren: Häufig wird der Hauptversorgungsdruck im gesamten Rohrnetz nicht benötigt. Eine lokale Druckreduzierung hilft, Wasserschläge zu vermeiden.
Installieren Sie Rohre mit hoher Druckfestigkeit: Dies verhindert zwar keinen Wasserschlag, schützt aber vor einer Beschädigung der Rohrleitung
Verfahrensablauf: Bei den An- und Abschaltvorgängen sollten die Auswirkungen des Wasserschlags berücksichtigt werden.
Installieren Sie Abblasventile und Luftventile: Luftventile helfen, Niederdruckbereiche abzubauen, die die Beschleunigung der Flüssigkeit verhindern. Abblasventile ermöglichen die Entlastung von Überdruck im Durchfluss.