ท่อไอเสียวาล์วผลงาน

แนวคิดเบื้องหลังวาล์วไอเสียคือแรงลอยตัวของของเหลวบนลูกลอย ลูกลอยจะลอยขึ้นโดยอัตโนมัติจนกระทั่งกระทบกับพื้นผิวปิดผนึกของช่องไอเสีย เมื่อระดับของเหลวในไอเสียวาล์วลอยขึ้นเนื่องจากแรงลอยตัวของของเหลว แรงดันเฉพาะจะทำให้ลูกบอลปิดโดยอัตโนมัติ เมื่อท่อทำงาน ลูกบอลลอยจะหยุดที่ฐานของชามลูกบอลและปล่อยอากาศออกมาจำนวนมาก ทันทีที่อากาศในท่อหมด ของเหลวจะพุ่งเข้าไปในวาล์วไหลผ่านชามลูกบอลลอย และผลักลูกบอลลอยกลับ ทำให้ลอยและปิดลง

หากปั๊มล้มเหลว แรงดันลบจะเริ่มเพิ่มขึ้น ลูกบอลลอยจะดิ่งลง และแรงดูดจำนวนมากจะถูกใช้เพื่อรักษาความปลอดภัยของท่อ เมื่อทุ่นหมด แรงโน้มถ่วงจะทำให้ทุ่นดึงปลายด้านหนึ่งของคันโยกลง คันโยกอยู่ในตำแหน่งเอียง อากาศจะถูกขับออกจากรูระบายอากาศผ่านช่องว่างระหว่างคันโยกและส่วนสัมผัสของรูระบายอากาศ ระดับของเหลวจะสูงขึ้นเมื่อปล่อยอากาศออก และลูกลอยจะลอยขึ้นด้านบนเนื่องจากแรงลอยตัวของของเหลว พื้นผิวด้านที่ปิดผนึกบนคันโยกจะค่อยๆ กดเข้ากับรูระบายอากาศจนกระทั่งรูระบายอากาศทั้งหมดถูกปิดกั้นอย่างสมบูรณ์

ความสำคัญของวาล์วไอเสีย

เป็นเวลานานมากที่ผู้คนไม่สามารถแก้ไขปัญหาหลักๆ ของปัญหาน้ำรั่วซึมบ่อยครั้งในระบบท่อได้ เนื่องจากพวกเขาไม่มีความรู้เพียงพอว่าท่อส่งน้ำประปาในเขตเมืองมีก๊าซหรือไม่ และอาจทำให้ท่อแตกหรือไม่ เพื่อให้เข้าใจถึงภาวะค้อนน้ำ (water hammer) ของน้ำประปาที่มีก๊าซเป็นส่วนประกอบได้ดียิ่งขึ้น เราจึงจำเป็นต้องอธิบายสาเหตุที่อาจเกิดขึ้นจากการกักเก็บก๊าซระหว่างการทำงานของระบบประปาตามปกติ รวมถึงทฤษฎีเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของแรงดันในท่อส่งน้ำและการเกิดการแตกของท่อ

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 สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงคือ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันจะส่งผลต่อจำนวนถุงลมนิรภัยที่เคลื่อนที่อยู่ในระบบท่อ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งในระบบท่อ ซึ่งจะทำให้แรงดันในการไหลของน้ำที่บรรจุก๊าซเปลี่ยนแปลงไปในทางที่แย่ลง และเพิ่มโอกาสที่ท่อจะแตกได้ ปริมาณก๊าซ โครงสร้างท่อ และการทำงานของระบบท่อ ล้วนเป็นองค์ประกอบที่ส่งผลต่ออันตรายจากก๊าซในระบบท่อ อันตรายสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท คือ อันตรายที่เห็นได้ชัดและอันตรายที่มองไม่เห็น โดยมีคุณลักษณะดังนี้

อันตรายที่เห็นได้ชัดส่วนใหญ่มีดังต่อไปนี้

(1) ไอเสียที่แข็งทำให้น้ำผ่านได้ยาก เมื่อน้ำและก๊าซอยู่ในเฟสเดียวกัน ช่องระบายอากาศขนาดใหญ่ของวาล์วไอเสียแบบลูกลอยจะแทบไม่ทำงานและอาศัยไอเสียขนาดเล็กมากเท่านั้น ทำให้เกิด "การอุดตันของอากาศ" อย่างรุนแรง ซึ่งป้องกันไม่ให้อากาศถูกระบายออก ทำให้น้ำไหลไม่สม่ำเสมอ ลดหรือแม้กระทั่งกำจัดพื้นที่หน้าตัดของช่องทางการไหลของน้ำ ปิดกั้นการไหลของน้ำ ลดความสามารถในการหมุนเวียนของระบบ เพิ่มอัตราการไหลในพื้นที่ และเพิ่มการสูญเสียแรงดันน้ำ จำเป็นต้องขยายปั๊มน้ำซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายมากขึ้นทั้งในด้านพลังงานและการขนส่งเพื่อรักษาปริมาตรการหมุนเวียนหรือแรงดันน้ำเดิม

(2) (2) เนื่องจากการไหลของน้ำและท่อแตกที่เกิดจากการระบายอากาศที่ไม่สม่ำเสมอ ระบบจ่ายน้ำจึงไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง ท่อแตกจำนวนมากเกิดจากวาล์วไอเสีย ซึ่งสามารถปล่อยอากาศออกมาได้เล็กน้อย ท่อส่งน้ำอาจถูกทำลายได้จากการระเบิดของก๊าซที่เกิดจากไอเสียที่ไม่ดี ซึ่งอาจมีความกดดันสูงถึง 20 ถึง 40 บรรยากาศ และมีพลังทำลายล้างเทียบเท่ากับแรงดันสถิต 40 ถึง 80 บรรยากาศ แม้แต่เหล็กเหนียวที่แข็งแกร่งที่สุดที่ใช้ในงานวิศวกรรมก็ยังสามารถได้รับความเสียหายได้ วิศวกรจากวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ระบุหลังจากการวิเคราะห์ว่าเป็นการระเบิดของก๊าซ ท่อส่งน้ำในเมืองทางตอนใต้มีความยาวเพียง 860 เมตร โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ DN1200 มม. และท่อระเบิดมากถึง 6 ครั้งในหนึ่งปีที่ใช้งาน

ข้อสรุประบุว่าความเสียหายจากการระเบิดของก๊าซที่เกิดจากท่อน้ำทิ้งที่ไม่เพียงพอซึ่งเกิดจากวาล์วไอเสียนั้น อาจเป็นเพียงแค่ปริมาณไอเสียเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ปัญหาหลักของการระเบิดของท่อได้รับการแก้ไขในที่สุดด้วยการเปลี่ยนท่อไอเสียเป็นวาล์วไอเสียความเร็วสูงแบบไดนามิก ซึ่งสามารถรับประกันการปล่อยไอเสียในปริมาณมากได้

(3) ความเร็วการไหลของน้ำและแรงดันไดนามิกในท่อเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง พารามิเตอร์ของระบบไม่เสถียร และอาจเกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนอย่างมีนัยสำคัญอันเป็นผลจากการปล่อยอากาศที่ละลายในน้ำอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการก่อตัวและการขยายตัวของช่องอากาศที่ก้าวหน้า

(4) การกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะจะเร่งขึ้นจากการสัมผัสอากาศและน้ำสลับกัน

(5) ท่อส่งก่อให้เกิดเสียงดังอันไม่พึงประสงค์

อันตรายที่ซ่อนอยู่จากการกลิ้งที่ไม่ดี

1. การปล่อยไอเสียที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้แรงดันในท่อผันผวน การปรับอัตราการไหลไม่แม่นยำ ระบบควบคุมอัตโนมัติของท่อไม่แม่นยำ และมาตรการป้องกันความปลอดภัยไม่มีประสิทธิภาพ

2.ท่อส่งน้ำรั่วเพิ่มมากขึ้น

3. ท่อมีจุดล้มเหลวมากขึ้น และแรงดันที่ต่อเนื่องยาวนานทำให้ผนังและข้อต่อท่ออ่อนแอลง ส่งผลให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น อายุการใช้งานสั้นลงและต้นทุนการบำรุงรักษาสูงขึ้น

การศึกษาเชิงทฤษฎีจำนวนมากและการประยุกต์ใช้จริงบางส่วนได้แสดงให้เห็นว่าการสร้างค้อนน้ำ (water hammer) ที่สร้างความเสียหายมากที่สุดนั้นเป็นเรื่องง่ายเพียงใด ซึ่งเป็นอันตรายต่อระบบท่อส่งน้ำ เมื่อท่อส่งน้ำที่มีแรงดันมีก๊าซอยู่มาก การใช้งานในระยะยาวจะทำให้อายุการใช้งานของผนังท่อลดลง ทำให้เปราะบางมากขึ้น สูญเสียน้ำมากขึ้น และอาจทำให้ท่อระเบิดได้

ปัญหาไอเสียจากท่อเป็นสาเหตุหลักของการรั่วไหลของท่อประปาในเขตเมือง จำเป็นต้องทำความสะอาดก้นท่อ และวาล์วไอเสียที่สามารถปล่อยออกได้ถือเป็นทางออกที่ดีที่สุด ขณะนี้วาล์วไอเสียความเร็วสูงแบบไดนามิกได้ตอบโจทย์ความต้องการดังกล่าวแล้ว

หม้อไอน้ำ เครื่องปรับอากาศ ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ ท่อส่งน้ำและท่อระบายน้ำ และระบบขนส่งสารละลายระยะไกล ล้วนต้องใช้วาล์วไอเสีย ซึ่งเป็นส่วนเสริมที่สำคัญของระบบท่อ มักติดตั้งวาล์วไอเสียในระดับความสูงหรือมุมโค้งเพื่อระบายก๊าซส่วนเกินออกจากท่อ เพิ่มประสิทธิภาพของท่อ และลดการใช้พลังงาน

วาล์วไอเสียชนิดต่างๆ

ปริมาณอากาศที่ละลายในน้ำโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 2VOL% อากาศจะถูกขับออกจากน้ำอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการจ่ายน้ำ และสะสมที่จุดสูงสุดของท่อเพื่อสร้างช่องอากาศ (AIR POCKET) ซึ่งทำให้การส่งน้ำมีความท้าทายและอาจทำให้ความสามารถในการส่งน้ำของระบบลดลง 5-15% วัตถุประสงค์หลักของวาล์วระบายไอเสียขนาดเล็กนี้คือการกำจัดอากาศที่ละลาย 2VOL% และสามารถติดตั้งในอาคารสูง ท่อส่งน้ำในโรงงาน และสถานีสูบน้ำขนาดเล็ก เพื่อปกป้องหรือเพิ่มประสิทธิภาพการส่งน้ำของระบบและประหยัดพลังงาน

ตัววาล์วของวาล์วไอเสียไมโครแบบก้านโยกเดี่ยว (ชนิดก้านโยกธรรมดา) มีรูปทรงวงรี ส่วนประกอบภายในทั้งหมดทำจากสเตนเลสสตีล 304S.S รวมถึงลูกลอย คันโยก โครงคันโยก และบ่าวาล์ว ภายในใช้มาตรฐานรูไอเสียขนาด 1/16 นิ้ว สามารถตั้งค่าแรงดันใช้งานได้สูงสุด PN25