วาล์วไอเสียทำงานอย่างไร

ทฤษฎีเบื้องหลังวาล์วไอเสียคือผลของการลอยตัวของของเหลวที่มีต่อลูกบอลลอย ลูกบอลลอยจะลอยขึ้นตามธรรมชาติภายใต้แรงลอยตัวของของเหลวเมื่อระดับของเหลวของวาล์วไอเสียสูงขึ้นจนกระทั่งสัมผัสกับพื้นผิวปิดผนึกของช่องไอเสีย แรงดันคงที่จะทำให้ลูกบอลปิดตัวเอง ลูกบอลจะตกลงไปพร้อมกับระดับของเหลวเมื่อวาล์วระดับของเหลวลดลง ณ จุดนี้ ช่องระบายอากาศจะถูกใช้เพื่ออัดอากาศปริมาณมากเข้าไปในท่อ ช่องระบายอากาศจะเปิดและปิดโดยอัตโนมัติตามแรงเฉื่อย

ลูกบอลลอยจะหยุดอยู่ที่ก้นชามลูกบอลขณะที่ท่อทำงานเพื่อปล่อยอากาศจำนวนมาก ทันทีที่อากาศในท่อหมด ของเหลวจะพุ่งเข้าไปในวาล์ว ไหลผ่านชามลูกบอลลอย และดันลูกบอลลอยกลับ ทำให้ลอยและปิดลง หากมีก๊าซจำนวนเล็กน้อยกระจุกตัวอยู่ในวาล์วในระดับหนึ่งขณะที่ท่อทำงานปกติ ระดับของเหลวในวาล์วจะลดลง ลูกลอยก็จะลดลงเช่นกัน และก๊าซจะถูกขับออกจากรูเล็กๆ หากปั๊มหยุดทำงาน แรงดันลบจะเกิดขึ้นได้ตลอดเวลา และลูกบอลลอยจะตกลงมาได้ตลอดเวลา และจะมีการดูดปริมาณมากเพื่อความปลอดภัยของท่อ เมื่อทุ่นหมด แรงโน้มถ่วงจะทำให้ปลายด้านหนึ่งของคันโยกดึงลง ณ จุดนี้ คันโยกจะเอียง และเกิดช่องว่างขึ้น ณ จุดที่คันโยกและรูระบายอากาศสัมผัสกัน อากาศจะถูกปล่อยออกจากรูระบายอากาศผ่านช่องว่างนี้ การระบายออกทำให้ระดับของเหลวสูงขึ้น แรงลอยตัวของลูกลอยเพิ่มขึ้น พื้นผิวด้านที่ปิดผนึกบนคันโยกจะค่อยๆ กดรูระบายอากาศจนอุดตันทั้งหมด และ ณ จุดนี้ วาล์วไอเสียจะปิดสนิท

ความสำคัญของวาล์วไอเสีย

เมื่อทุ่นลอยหมด แรงโน้มถ่วงจะดึงปลายด้านหนึ่งของคันโยกลง ณ จุดนี้ คันโยกจะเอียง และเกิดช่องว่างขึ้น ณ จุดที่คันโยกและรูระบายอากาศสัมผัสกัน อากาศจะถูกระบายออกจากรูระบายอากาศผ่านช่องว่างนี้ การระบายออกทำให้ระดับของเหลวสูงขึ้น แรงลอยตัวของลูกลอยสูงขึ้น พื้นผิวปลายที่ปิดผนึกบนคันโยกจะค่อยๆ กดรูระบายอากาศจนถูกปิดกั้นทั้งหมด และ ณ จุดนี้ วาล์วไอเสียจะปิดสนิท

1. การเกิดก๊าซในระบบท่อส่งน้ำส่วนใหญ่เกิดจากสาเหตุ 5 ประการต่อไปนี้ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดก๊าซในระบบท่อที่ใช้งานได้ตามปกติ

(1) ระบบท่อถูกตัดขาดในบางจุดหรือทั้งหมดเนื่องจากสาเหตุบางประการ

(2) การซ่อมแซมและการระบายส่วนท่อเฉพาะอย่างเร่งด่วน

(3) วาล์วไอเสียและท่อไม่แน่นพอที่จะฉีดก๊าซได้ เนื่องจากอัตราการไหลของผู้ใช้หลักรายหนึ่งหรือมากกว่านั้นถูกปรับเปลี่ยนอย่างรวดเร็วเกินไปจนทำให้เกิดแรงดันลบในท่อ

(4) การรั่วไหลของก๊าซที่ไม่ไหลเข้า;

(5) ก๊าซที่เกิดจากแรงดันลบจากการทำงานจะถูกปล่อยออกมาในท่อดูดปั๊มน้ำและใบพัด

2. ลักษณะการเคลื่อนที่และการวิเคราะห์อันตรายของถุงลมนิรภัยเครือข่ายท่อจ่ายน้ำ:

วิธีการหลักของการกักเก็บก๊าซในท่อคือการไหลแบบสลัก (slug flow) ซึ่งหมายถึงก๊าซที่อยู่ด้านบนของท่อเป็นช่องอากาศอิสระจำนวนมากที่ไม่ต่อเนื่องกัน เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางท่อของเครือข่ายท่อจ่ายน้ำจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ขนาดใหญ่ไปจนถึงขนาดเล็กตามทิศทางการไหลของน้ำหลัก ปริมาณก๊าซ เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ ลักษณะหน้าตัดตามยาวของท่อ และปัจจัยอื่นๆ เป็นตัวกำหนดความยาวของถุงลมนิรภัยและพื้นที่หน้าตัดของน้ำที่ถูกใช้งาน การศึกษาเชิงทฤษฎีและการประยุกต์ใช้จริงแสดงให้เห็นว่าถุงลมนิรภัยเคลื่อนที่ไปตามการไหลของน้ำตามด้านบนของท่อ มีแนวโน้มที่จะสะสมรอบส่วนโค้งของท่อ วาล์ว และส่วนอื่นๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแตกต่างกัน และก่อให้เกิดการสั่นของแรงดัน

ความรุนแรงของการเปลี่ยนแปลงความเร็วการไหลของน้ำจะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเพิ่มขึ้นของแรงดันที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของก๊าซ เนื่องจากความเร็วและทิศทางการไหลของน้ำในระบบท่อมีความไม่แน่นอนสูง การทดลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าแรงดันสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 2 เมกะปาสคาล ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้ท่อส่งน้ำประปาทั่วไปแตกได้ นอกจากนี้ สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันจะส่งผลต่อจำนวนถุงลมนิรภัยที่เคลื่อนที่อยู่ในระบบท่อ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ซึ่งจะทำให้การเปลี่ยนแปลงของแรงดันในการไหลของน้ำที่บรรจุก๊าซแย่ลง และเพิ่มโอกาสที่ท่อจะแตก

ปริมาณก๊าซ โครงสร้างท่อส่ง และการใช้งาน ล้วนเป็นองค์ประกอบที่ส่งผลต่ออันตรายจากก๊าซในท่อส่ง อันตรายมีสองประเภท ได้แก่ อันตรายที่เปิดเผยและอันตรายที่ปกปิด ซึ่งทั้งสองประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะดังต่อไปนี้:

ต่อไปนี้เป็นอันตรายที่ชัดเจนเป็นหลัก

(1) ไอเสียที่แข็งทำให้น้ำผ่านได้ยาก
เมื่อน้ำและก๊าซอยู่ในสถานะอินเตอร์เฟส ช่องระบายขนาดใหญ่ของวาล์วระบายแบบลูกลอยจะแทบไม่ทำงานใดๆ และอาศัยเพียงการระบายด้วยรูพรุนขนาดเล็ก ทำให้เกิด “การอุดตันของอากาศ” อย่างรุนแรง ซึ่งไม่สามารถระบายอากาศได้ การไหลของน้ำไม่ราบรื่น และช่องทางการไหลของน้ำถูกปิดกั้น พื้นที่หน้าตัดจะหดตัวหรือหายไป การไหลของน้ำถูกขัดขวาง ความสามารถในการหมุนเวียนของไหลของระบบลดลง ความเร็วการไหลเฉพาะจุดเพิ่มขึ้น และการสูญเสียแรงดันน้ำเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องขยายปั๊มน้ำ ซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้นทั้งในด้านพลังงานและการขนส่ง เพื่อรักษาปริมาตรการหมุนเวียนหรือแรงดันน้ำเดิม

(2) เนื่องจากการไหลของน้ำและท่อแตกอันเกิดจากการระบายอากาศที่ไม่สม่ำเสมอ ระบบจ่ายน้ำจึงไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง
เนื่องจากวาล์วไอเสียสามารถปล่อยก๊าซได้ในปริมาณเล็กน้อย ท่อจึงมักแตกบ่อยครั้ง แรงดันระเบิดของก๊าซที่เกิดจากไอเสียที่ไม่ได้มาตรฐานอาจสูงถึง 20 ถึง 40 บรรยากาศ และพลังทำลายล้างเทียบเท่ากับแรงดันสถิต 40 ถึง 40 บรรยากาศ ตามการประมาณการทางทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ท่อส่งน้ำใดๆ ที่ใช้ส่งน้ำสามารถถูกทำลายได้ด้วยแรงดัน 80 บรรยากาศ แม้แต่เหล็กเหนียวที่แข็งแกร่งที่สุดที่ใช้ในงานวิศวกรรมก็อาจได้รับความเสียหายได้ การระเบิดของท่อเกิดขึ้นตลอดเวลา ตัวอย่างเช่น ท่อส่งน้ำยาว 91 กิโลเมตรในเมืองทางตะวันออกเฉียงเหนือของจีนที่ระเบิดหลังจากใช้งานมาหลายปี มีท่อระเบิดมากถึง 108 ท่อ และนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันการก่อสร้างและวิศวกรรมเสิ่นหยางได้ตรวจสอบแล้วพบว่าเป็นการระเบิดของก๊าซ ท่อส่งน้ำของเมืองทางตอนใต้ที่มีความยาวเพียง 860 เมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ 1,200 มิลลิเมตร ระเบิดมากถึงหกครั้งภายในหนึ่งปีที่ใช้งาน สรุปได้ว่าสาเหตุมาจากก๊าซไอเสีย การระเบิดของอากาศที่เกิดจากท่อน้ำทิ้งที่อ่อนแรงจากไอเสียปริมาณมากเท่านั้นที่จะทำให้เกิดความเสียหายต่อวาล์วได้ ปัญหาหลักของการระเบิดของท่อได้รับการแก้ไขในที่สุดด้วยการเปลี่ยนท่อไอเสียเป็นวาล์วไอเสียความเร็วสูงแบบไดนามิกที่สามารถรับประกันการระบายไอเสียได้ในปริมาณมาก

3) ความเร็วการไหลของน้ำและแรงดันไดนามิกในท่อเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง พารามิเตอร์ของระบบไม่เสถียร และอาจเกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนอย่างมีนัยสำคัญอันเป็นผลจากการปล่อยอากาศที่ละลายในน้ำอย่างต่อเนื่อง และการสร้างและการขยายตัวของช่องอากาศที่ก้าวหน้า

(4) การกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะจะเร่งขึ้นจากการสัมผัสอากาศและน้ำสลับกัน

(5) ท่อส่งก่อให้เกิดเสียงดังอันไม่พึงประสงค์

อันตรายที่ซ่อนอยู่จากการกลิ้งที่ไม่ดี

1 การควบคุมการไหลที่ไม่แม่นยำ การควบคุมท่ออัตโนมัติที่ไม่แม่นยำ และความล้มเหลวของอุปกรณ์ป้องกันความปลอดภัย ล้วนเกิดจากการระบายไอเสียที่ไม่สม่ำเสมอ

2. มีท่อรั่วอื่น ๆ

3 จำนวนความล้มเหลวของท่อเพิ่มมากขึ้น และแรงกระแทกต่อเนื่องในระยะยาวทำให้ข้อต่อและผนังท่อสึกหรอ ส่งผลให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น อายุการใช้งานสั้นลงและต้นทุนการบำรุงรักษาที่เพิ่มสูงขึ้น

การสืบสวนทางทฤษฎีมากมายและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติไม่กี่ครั้งได้แสดงให้เห็นว่าการทำลายท่อส่งน้ำที่มีแรงดันนั้นเป็นเรื่องง่ายเพียงใดหากมีก๊าซจำนวนมาก

สะพานน้ำกระแทกเป็นสิ่งที่อันตรายที่สุด การใช้งานในระยะยาวจะจำกัดอายุการใช้งานของผนัง ทำให้เปราะบางมากขึ้น สูญเสียน้ำมากขึ้น และอาจทำให้ท่อระเบิดได้ ไอเสียจากท่อเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้ท่อประปาในเมืองรั่ว ดังนั้นการแก้ไขปัญหานี้จึงเป็นสิ่งสำคัญ การเลือกวาล์วไอเสียที่สามารถระบายออกได้และกักเก็บก๊าซไว้ในท่อระบายด้านล่าง วาล์วไอเสียความเร็วสูงแบบไดนามิกจึงตอบโจทย์ความต้องการดังกล่าวแล้ว

หม้อไอน้ำ เครื่องปรับอากาศ ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ ท่อส่งน้ำและท่อระบายน้ำ และระบบขนส่งสารละลายระยะไกล ล้วนต้องใช้วาล์วไอเสีย ซึ่งเป็นส่วนเสริมที่สำคัญของระบบท่อ มักติดตั้งวาล์วไอเสียในระดับความสูงหรือมุมโค้งเพื่อระบายก๊าซส่วนเกินออกจากท่อ เพิ่มประสิทธิภาพของท่อ และลดการใช้พลังงาน
วาล์วไอเสียชนิดต่างๆ

ปริมาณอากาศที่ละลายในน้ำโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 2VOL% อากาศจะถูกขับออกจากน้ำอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการจ่ายน้ำ และถูกสะสมที่จุดสูงสุดของท่อเพื่อสร้างช่องอากาศ (AIR POCKET) ซึ่งใช้ในการจ่ายน้ำ ความสามารถในการส่งน้ำของระบบอาจลดลงประมาณ 5-15% เมื่อน้ำมีปริมาณมากขึ้น วัตถุประสงค์หลักของวาล์วระบายไอเสียขนาดเล็กนี้คือการกำจัดอากาศที่ละลาย 2VOL% และสามารถติดตั้งในอาคารสูง ท่อส่งน้ำในโรงงาน และสถานีสูบน้ำขนาดเล็ก เพื่อปกป้องหรือเพิ่มประสิทธิภาพการส่งน้ำของระบบและประหยัดพลังงาน

ตัววาล์วรูปวงรีของวาล์วไอเสียขนาดเล็กแบบก้านโยกเดี่ยว (แบบก้านโยกธรรมดา) มีลักษณะคล้ายคลึงกัน เส้นผ่านศูนย์กลางรูไอเสียมาตรฐานถูกนำมาใช้ภายใน และส่วนประกอบภายใน เช่น ลูกลอย คันโยก โครงคันโยก บ่าวาล์ว ฯลฯ ล้วนทำจากสเตนเลส 304S.S และเหมาะสำหรับการใช้งานภายใต้สภาวะความดันสูงสุดถึง PN25