Was ist der Wasserschlageffekt eines Ventils?

Wenn ein Ventil plötzlich geschlossen wird, erzeugt die Trägheit des Druckflusses eine Wasserstoßwelle, die das Ventil oder das Rohrleitungssystem beschädigen kann. Dies wird in der Hydraulik als „Wasserschlageffekt“ oder positiver Wasserschlag bezeichnet. Im Gegensatz dazu kann das plötzliche Öffnen des geschlossenen Ventils auch einen Wasserschlageffekt erzeugen, der als negativer Wasserschlag bezeichnet wird und eine gewisse Zerstörungskraft hat, aber nicht so groß ist wie der positive Wasserschlag.

Der Schließteil wird plötzlich in den Sitz gesaugt, wenn das Ventil schließen soll. Dies wird als Zylindersperreffekt bezeichnet. Dies wird durch einen Aktuator mit geringem Schub verursacht, der nicht genügend Schub hat, um in der Nähe des Sitzes zu bleiben, wodurch das Ventil plötzlich schließt und ein Wasserschlageffekt entsteht. In einigen Fällen können auch schnell öffnende Strömungseigenschaften des Steuerventils zum Wasserschlageffekt führen.

Der Wasserschlageffekt ist äußerst zerstörerisch: Zu hoher Druck führt zum Bruch von Rohren und Ventilen, und zu niedriger Druck führt zum Zusammenbruch und beschädigt Ventile und Armaturen. Er verursacht auch viel Lärm, aber der eigentliche Schaden an Ventilen und Rohrleitungen wird durch mechanisches Versagen verursacht. Da kinetische Energie schnell in statischen Rohrdruck umgewandelt wird, können Wasserschläge das Rohr durchbrechen oder Rohrhalterungen und -verbindungen beschädigen. Bei Ventilen kann ein Wasserschlag starke Vibrationen durch die Spule erzeugen, die zum Versagen des Kerns, der Dichtung oder der Packung führen können.

Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird und die Maschine stoppt, überwindet die potentielle Energie des Pumpenwassersystems die Trägheit des Motors und führt zu einem abrupten Stopp des Systems, was ebenfalls Druckstöße und Wasserschlageffekte verursacht. Um die schwerwiegenden Folgen des Wasserschlageffekts zu vermeiden, müssen plötzliche Druckänderungen im System verhindert werden. In der Rohrleitung müssen eine Reihe von Puffermaßnahmen und -geräten wie Wasserschlageliminator, Wasserschlagpumpstation und gerade Wasserschlagpumpe vorbereitet werden.

Um Druckschwankungen zu vermeiden, sollte das Ventil gleichmäßig geschlossen werden. Regelventile die gedrosselt werden müssen, wenn sie sich in der Nähe des Sitzes befinden, sollte ein Aktuator mit ausreichend großem Ausgangsschub verwendet werden, wie z. B. ein pneumatischer oder hydraulischer Kolbenaktuator oder eine spezielle Kerbe in der Laufhülse eines manuell drehenden Aktuators, um Zylinderblockierungseffekte zu reduzieren oder zu verhindern. Der Einbau bestimmter Arten von Anti-Surge-Geräten im Rohrleitungssystem kann ebenfalls Wasserschlageffekte reduzieren, wie z. B. Druckbegrenzungsventile oder Puffertrommeln. Darüber hinaus reduziert die Gaseinspritzung in das System die Flüssigkeitsdichte und bietet eine gewisse Kompressibilität, um plötzliche Schwankungen auszugleichen.