Vattenslag i rörledningar

Vattenslag i rörledningar (tryckslag) kan uppstå i en tryckledning när en ventil öppnas eller stängs, vid rörbrott eller när en pump startar eller stoppar. De farligaste tryckförhållandena uppträder vanligen när en pump stannar, speciellt i samband med ett plötsligt strömavbrott. När detta inträffar utsätts vätskan i tryckledningen vid pumpen för en plötslig energiförändring som ger upphov till en tryckvåg. Vågen fortplantar sig med ljudets hastighet längs rörledningen till dess mynning, återkastas till pumpen, ut i ledningen igen osv, tills dess rörelseenergi har gått förlorad genom friktionsförluster fig 1.14 .

Tiden för tryckvågen att vandra från pumpen till rörmynningen och tillbaka kallas för reflexionstiden och betecknas ofta med den grekiska bokstaven μ.

Storleken av a bestäms av rörmaterial och dimensioner.

För stålrör kan man räkna med 1200-1300 m/s och för gjutjärnsrör 1000-1200 m/s. I plaströr som PVC är däremot tryckvågshastigheten betydligt lägre 300-400 m/s.

Storleken på ett vattenslag beror på pumpens driftpunkt och hur rörsystemet är uppbyggt. Det teoretiskt största värdet på vattenslagets storlek kan beräknas med formeln:

Om man i en pumpinstallation använder gjutjärnsrör, a = 1000 m/s, och har en ursprunglig vattenhastighet av 1 m/s blir H = 110 m om t.ex. en ventil efter pumpen stänger omedelbart vid ett strömbortfall. Stängningen måste då ha skett inom en tidsrymd mindre än reflexionstiden u. Om rörledningen är 1000 m hade u i detta fall varit 1.8 s.

Figur 1.14 Vattenslag

Det är ofta värdefullt att snabbt kunna bedöma risken för vattenslag i ett ledningssystem. När följande förhållanden förekommer i anläggningen behöver man en noggrannare kontroll.

• Vattenslagshöjden är större än pumpens totala tryckhöjd i driftpunkten eller större än det tryck rörledningen tål.
• Någon ventil i rörledningen stänger på en tid mindre än tryckvågens reflexionstid
• Rörledningen går över höga geodetiska punkter.

Kontroll av stängningsförloppet i backventiler och avstängningsventiler.

I vissa fall uppstår slag i backventilerna. Det beror oftast på att ventilerna är så tröga att de inte hinner stänga omedelbart när vattenströmmen vänder utan först sedan denna accelererat i riktning mot pumpen. För att undvika vattenslag skall backventilen stänga då vattenhastigheten i ledningen är 0. Detta kan man åstadkomma på en klaffventil med hjälp av fjäder-motvikt, hydraulisk dämpare el. dyl. I en kulventil avvägs kulans vikt så att snabbast möjliga stängning erhålles när vattnet ändrar riktning.

Lämpligare än klaff- och kulventiler vid stora flöden är hydrauliskt eller pneumatiskt reglerade avstängningsventiler. Dessa stänger successivt innan pumpen stannar. Om stängningstiden väljs till 20-40 ggr tryckvågens reflexionstid uppstår dessutom i regel inte några vattenslag om pumpen skulle stanna plötsligt t.ex. vid strömbortfall.

Ventilerna skall ha släta genomlopp så att fasta föroreningar inte kan fastna och de bör placeras så att de är lätt åtkomliga för service.

Ansluts en luftklocka eller stötdämpare på tryckledningen vid pumpstationen, vilket är vanligare i utlandet än i Sverige, fungerar den som ett stötdämpande buffertutrymme. Vattenslagshöjden bestämmer vattenslagets storlek. Ett mindre värde på a eller v innebär således ett mindre vattenslag.

Tryckvågens hastighet a kan begränsas genom att rörmaterial med liten elasticitetsmodul t. ex. plast väljes. Å andra sidan har dessa rör ofta en lägre hållfasthet. Om vattenhastigheten v väljs till 1 m/s eller lägre är i allmänhet risken för vattenslag liten. För normalt avloppsvatten bör hastigheten dock ej understiga 0,6 m/s på grund av risken för sedimentering.