ค้อนน้ำ . . . ทำไมน้ำจึงกลายเป็นค้อน

ค้อนน้ำ . . . ทำไมน้ำจึงกลายเป็นค้อน
[ Water Hammer : วอเตอร์แฮมเมอร์ ]

                    สวัสดีครับท่านผู้อ่านห่างหายกันไปนาน วันนี้ผมเอาค้อนมาให้ท่านผู้อ่านได้ทุบหัวผมด้วยครับ  ที่ห่างหายกันไปก็อยากจะบอกช่วงนี้ผมมีปัญหาชีวิตรุมเร้ามากมายเลยทีเดียว ที่ออกมาพูดมาบอกก็เพราะว่าปัญหาทุกอย่างมันมีทางแก้ไข ขอให้เราค่อย ๆ คิดค่อย ๆ แก้ ผมเชื่อว่ายังไงเราก็จะผ่านพ้นอุปสรรคกันไปได้ครับ

                    พูดถึงค้อนน้ำ หลาย ๆ คนคงสงสัยว่าคืออะไร ผมก็สงสัยครับผมจึงไปหาข้อมูลแล้วก็รวบรวมมาให้ท่านผู้อ่านได้เพิ่มพูนความรู้รวมถึงตัวผมเองด้วย  ไอ้เจ้าค้อนน้ำที่ว่านี้ผมแปลตรง ๆ ตัวมาจาก Water Hammer ครับ ผมขอเท้าความสักนิดก่อนละกันครับว่าทำไมผมถึงรู้จัก Water Hammer  วันหนึ่งในขณะที่ผมนั่งทำงานอยู่ที่ออฟฟิศก็มีพนักงานคนหนึ่งเดินมาหาผมแล้วถามว่า นี่ ๆ รู้จักตัว Water Hammer Arrestor ไหม พอมาถามแบบนี้ผมก็งงสิครับ ไม่เคยเห็นไม่เคยรู้จัก แถมข้อมูลที่หาได้ก็น้อยนิด ไอ้ผมก็ว่างมากจึงนั่งหาข้อมูลไปเรื่อย ๆ จนได้มาพอสมควรเลยละครับว่าเรื่องแบบนี้มันไม่ได้ไกลตัวเลยนะ เจ้าค้อนน้ำเนี่ย

Water Hammer  (วอเตอร์ แฮมเมอร์) เป็นปรากฏการณ์ที่ความดันในท่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงและฉับพลัน โดยมีความดันเพิ่มขึ้นและลดลงจากความดันเดิมในลักษณะเป็นคลื่นขึ้นลงสลับกันไปเป็นอนุกรม จากที่ผมหาข้อมูลมามีหลายคนได้บอกว่าสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดวอเตอร์แฮมเมอร์ ก็คือมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการไหลในท่ออย่างกะทันหัน ยกตัวอย่างเช่น  ปิดประตูน้ำอย่างกระทันหัน เพราะเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วในลักษณะดังกล่าวแล้ว โมเมนตัมของของเหลวจะถูกเปลี่ยนไปกลายเป็นแรงกระแทกประตูน้ำและผนังของท่อ แรงกระแทกที่เกิดขึ้นถ้าหากมากเกินขีดความสามารถของท่อที่จะรับได้ก็จะทำให้ท่อระเบิดหรือทำให้ท่อระบบท่อและอปุกรณ์เสียหายอย่างรุนแรงได้  ระดับความเสียหายจากอาการวอเตอร์ แฮมเมอร์ ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของท่อ ความเร็วของการไหล อัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วการไหล ลักษณะการยึดท่อให้อยู่กับที่ และระบบป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์ที่ติดตั้งไว้ เป็นต้น

การป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์

                    ในตรงนี้ผมพยายามหาข้อมูลจากเว็บไซต์ต่าง ๆ อยู่นาน ผลปรากฏว่าได้มาเยอะครับ แต่ก็ซ้ำกันเป็นส่วนมาก และที่สำคัญนั้นที่มาของข้อมูลก็มาจากเพียงแหล่งเดียวนั่นคือของคุณ  รศ.ดร.วิบูลย์  บุญยธโรกุล  ผมจึงขออนุญาตยกมาให้ท่านผู้อ่านได้อ่านกันเลย เพราะข้อมูลนี้น่าเชื่อถือทีเดียว โดยท่านได้บอกถึงวิธีการง่าย ๆ เพื่อไม่ให้เกิดวอเตอร์แฮมเมอร์และอธิบายความหมายอุปกรณ์แต่ละตัว ในการติดตั้งเพื่อป้องกันการเกิดวอเตอร์แฮมเมอร์ครับ

                    การป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์จากการหยุดเดินเครื่องเครื่องสูบน้ำอาจทำได้โดยการลดความเร็วของเครื่องยนต์ทีละน้อยเป็นขั้น ๆ จนอัตราการไหลน้อยมากแล้วจึงดับเครื่องยนต์  ในกรณีที่ต้นกำลังเป็นมอเตอร์ที่ซึ่งมีรอบการหมุนคงที่ ก็ให้ใช้วิธีปิดประตูจ่ายน้ำลงทีละน้อยเป็นขั้น ๆ เช่นเดียวกันจนกระทั้งปิดสนิท หรือเกือบสนิทแล้วจึงปิดสวิทซ์  ในการเริ่มเดินเครืองสูบน้ำก็ให้ทำวิธีเช่นเดียวกันแต่ย้อนขั้นตอน  อย่างไรก็ตามบางครั้งจำเป็นที่ต้องหยุดเดินเครื่องสูบน้ำอย่างกะทันหัน หรืออาจมีสาเหตุมาจากกระแสไฟฟ้าขัดข้อง เครื่องยนต์เสีย เป็นต้น  ดังนั้นจึงควรมีอุปกรณ์ป้องกันช่วย เช่น Pressure Rellef Valve, Air Inlet-relief valve, Air chamber, Surge suppressor และ sure Tank เป็นต้น

1.               Pressure relief valve เป็นวาล์วที่ทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกันกับวาล์วนิรภัย (Safety Vale) กล่าวคือเมื่อความดันในท่อสูงกว่าที่กำหนดไว้ มันก็จะเปิดกว้างออกและระบายน้ำทิ้งเพื่อลดความดันลง ความดันที่ตั้งไว้อาจควบคุมโดยสปริงหรือน้ำหนักก็ได้ อุปกรณ์แบบนี้เหมาะสำหรับท่อที่มีขนาดไม่ใหญ่ ซึ่งการระบายน้ำทิ้งจะมีผลช่วยให้ลดความดันในท่อลงได้

2.               Air Inlet-relief  valve เป็นวาล์วที่จะเปิดให้อากาศไหลเข้ามาในท่ออัตโนมัติเมื่อความดันในท่อต่ำกว่าความดันของบรรยากาศ ซึ่งจะเป็นการป้องกันไม่ให้ท่อแบนลง  อุปกรณ์ดังกล่าวนี้ยังใช้สำหรับระบายอากาศออกจากท่อด้วย โดยการติดตั้งไว้หลังท่อในบริเวณที่อยู่สูงกว่าแนวท่อส่วนอื่น

3.               Air chamber  เป็นอุปกรณ์ช่วยลดความรุนแรงของวอเตอร์แฮมเมอร์อีกแบบหนึ่งที่มีลักษณะเป็นถังบรรจุอากาศต่อเข้ากับหลังท่อ  อากาศในถังซึ่งยืดหดตัวได้ดีกว่าน้ำก็จะทำหน้าที่ผ่อนคลายความรุนแรงลงเมื่อมีความดันเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันนอกจากนั้นอุปกรณ์ชนิดนี้ยังใช้ต่อเข้ากับด้านจ่ายของปั๊มแบบสูบชักก่อนส่งน้ำเข้าสู่ระบบ  เพื่อให้การไหลสม่ำเสมอตลอดเวลาอีกด้วย

4.               Surge suppressor  เป็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกับ Air Chamber แต่แทนที่จะใช้อากาศเป็นตัวผ่อนคลายแรงดันก็เปลี่ยนไปใช้สปริงแทน อุปกรณ์ชนิดนี้ใช้กับท่อขนาดเล็ก เช่น ท่อน้ำในบ้านมากกว่าที่จะใช้ระบบท่อขนาดใหญ่ ๆ

5.               Surge Tank  เป็นถังช่วยลดความดันที่เพิ่มขึ้นจากวอเตอร์แฮมเมอร์ในระบบขนาดใหญ่ ซึ่งมีทั้งประเภทเปิดด้านบนของถังและแบบปิด สำหรับแบบปิดนั้นความสูงของถังจะต้องมากพอที่จะไม่ให้น้ำไหลล้นออกมาได้  ส่วนในแบบเปิดจะมีลักษณะคล้ายกับ Air Chamber แต่มีท่อขนาดเดียวกันกับท่อส่งน้ำเป็นตัวจ่ายน้ำเข้าไปในถังอีกทีหนึ่ง การลดความรุนแรงของความดันจะถูกควบคุมโดยการไหลของน้ำเข้าไปใน Surge Tank และการยืดหดตัวของอากาศในถัง

สำหรับอีกตัวที่คุณ รศ.ดร.วิบูลย์  ไม่ได้กล่าวถึงแต่ผมได้กล่าวถึงในข้างต้นนั่นคือ  Water Hammer Arrestor มีความหมายอย่างไรผมอธิบายคร่าว ๆ ให้ฟังครับ  Water Hammer Arrestor หรือวาล์วรับแรงกระแทก เป็นลักษณะทรงกระบอกข้างในเป็น plunger และก๊าซไนโตรเจน เมื่อมีแรงดันเข้ามาในระบบแรงดัน  ก๊าซไนโตรเจนจะทำหน้าที่บล็อกแรงดันให้อ่อนตัวลง และไม่ทำให้เกิด Water Hammer และเสียงดัง ตัวอย่างอุปกรณ์ดังภาพด้านล่างเลยครับ

                    มาถึงตรงนี้หลาย ๆ ท่านคงได้รู้จักกับคำว่าวอเตอร์แฮมเมอร์ขึ้นอีกมาก ผมก็เช่นกัน และก่อนจบตอนนี้ไปผมขออธิบายที่มาของชื่อตอนที่ว่า ค้อนน้ำ . . . ทำไมน้ำจึงกลายเป็นค้อน  ง่าย ๆ นะครับให้เราลองนึกถึงท่อน้ำที่เรารู้จักหรือมีอยู่กับบ้าน ให้เราทดลองเอาค้อนหรือของแข็งที่เป็นอะไรก็ได้ไปทุบดูครับว่าเป็นอย่างไร (ในกรณีที่ทดลองจริง ๆ ผมแนะนำให้เอาท่อที่ไม่ใช้แล้วครับ) แน่นอนว่าท่อต้องเกิดความเสียหายอย่างแน่นอน จากนั้นให้เราเปรียบเทียบว่าค้อนหรือของแข็งนั้นเป็นน้ำที่อยู่ในท่อว่ามันจะคอยทุบท่อของเรา ยิ่งมีแรงดันน้ำมาก ๆ ความเสียหายของท่อก็ยิ่งมากตาม อธิบายให้เห็นภาพอีกแล้วกันครับ ให้เรานึกถึงลูกโป่งที่เราเป่าลมเข้าไปเรื่อย ๆ อากาศก็จะดันลูกโป่งให้ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ถ้าเรายิ่งเป่าเข้าไปอีกไม่สิ้นสุด อากาศก็จะดันลูกโป่งให้แตกออก ก็เหมือนกันกับน้ำที่เวลาอยู่ในท่อพอมีแรงดันเพิ่มขึ้นมาก ๆ น้ำก็จะพยายามหาทางออก เมื่อหาทางออกไม่ได้มันก็จะทุบท่อเพื่อหาทางออกมาให้ได้ จนท่อแตกนั่นแหละครับ เคยมีคนรู้จักผมคนนึงเล่าให้ฟังว่าวันนั้นต้องสำรองน้ำไว้ใช้ภายในบ้าน ก็เลยสูบน้ำมาเก็บไว้ ระหว่างนั้นเองได้ยินเสียงเหมือนมีคนคอยทุบผนังห้องอยู่ตลอดเวลาในระหว่างที่สูบน้ำ ตรวจสอบไปก็พบว่าเกิดจากแรงดันน้ำในท่อผิดปกติ หรือวอเตอร์แฮมเมอร์ ก็เลยต้องไปหาอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันมาติดตั้ง เห็นไหมครับว่าวอเตอร์แฮมเมอร์นั้นไม่ได้ไกลตัวเราเลย อย่างไรก็ลองหันไปสำรวจระบบประปาภายในบ้านดูนะครับว่ามีการป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์ไว้ดีหรือยัง ไม่เช่นนั้นอาจได้เปลี่ยนท่อทุก ๆ 15 วันแทนที่จะเป็นตามอายุการใช้งาน  แล้วพบกันใหม่คราวหน้า สวัสดีครับ

ระพีพัฒน์

ข้อมูลอ้างอิง    รศ.ดร.วิบูลย์    บุญยธโรกุล
ข้อมูลประกอบ    thaiwatercity
ภาพประกอบ    Pantip.com(เป็นไงเป็นกัน), PHP NUKE, ประปาไทยดอทคอม, Wet Head Media.com, Wikipedia