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'''水撃作用'''（すいげきさよう）または'''ウォーターハンマー現象'''（{{lang-en-short|water hammer}}）とは、水圧管内の水流を急に締め切ったときに、水の[[慣性]]で管内に衝撃と高水圧が発生する現象である。[[弁]]の閉鎖や配管の充水時、[[ポンプ]]の急停止といった急激な変化によって生じる。

この現象が起こると管の寿命を縮め、破損の要因となる。防止策としては、急激な締め切り動作を行わないように水栓に節水コマを設置する、また、水撃防止装置を取り付けることも有効である。<ref>{{Cite book|和書 |title=まるごとわかる住まいの建築設備 快適な環境を作る設備設計の考え方 |year=2013 |publisher=オーム社 |page=32 |author=山田浩幸}}</ref>

== 概要 ==
この現象は[[水]]だけに限らず[[気体]]を含めた[[流体]]全般で生じる。身近な例としては、全自動[[洗濯機]]や[[食器洗い機]]などの動作中に行われる給水弁の自動開閉で発生するコンという音がこの作用によるものである。

流速''u'' の流体が瞬間的にせき止められて静止するとき、流体の圧力上昇&Delta;''p'' は次式で与えられる<ref>{{cite|和書 |author=松尾一泰 |title=圧縮性流体力学 |publisher=理工学社 |year=1994 |isbn=4-8445-2145-4 |page=31}}</ref>：
:<math>\Delta p=\rho a u</math>
ここで&rho;は流体の[[密度]]、''a'' は[[音速]]である。

慣性を持った流体の[[運動 (物理学)|運動]]が急に止められることでその運動前方部分に生じる正の圧力によって生じるのが代表的な水撃作用であるが、運動後方部分に生じる負の圧力によっても似たような作用が生じる。負圧が十分に大きくなることで液体が気化し、配管内が部分的に[[蒸気]]で満たされる（[[キャビテーション]]、または水柱分離）が、負圧が緩和されることで蒸気が液体へと戻る時に液体を引き戻し、衝撃音を発することがある<ref>{{cite|和書| author=高堂彰二 |title=水道の本 |publisher=日刊工業新聞社 |date=2011年11月16日 |edition=初 |ISBN=9784526067808 |page=124-126}}</ref>。

冷たい水が入っている配管内に高温蒸気が入ることで蒸気が水により冷やされ凝縮して圧力が下がり、そこへ向けて水が移動し配管を叩くといった現象もある。[[ラジエーター#蒸気式ラジエーター|蒸気式ラジエーター]]などの蒸気管系で発生するウォーターハンマーを特に'''スチームハンマー'''<ref group="注釈">「スチームハンマー」には[[鍛造]]用[[工作機械]]の[[蒸気ハンマー]]の同音異義語がある。</ref>とも呼ぶ。

また、慣性による水撃作用とは別に、[[内燃機関]]の[[シリンダー]]に液体が浸入したときに起こる現象もウォーターハンマーと呼ばれることがある。水没して止まったエンジンをそのまま再始動してはいけないとされるのは、シリンダー内に入り込んだ水が[[ピストン]]の往復を妨げて[[コネクティングロッド|コンロッド]]などが破壊されるためである。自動車やオートバイの場合、水没以外にも、転倒による[[エンジンオイル]]の流入、[[燃料噴射装置]]からの燃料漏れ、[[キャブレター]]のオーバーフローなどにより、シリンダー内が液体で満たされてしまうことでもこの“ウォーターハンマー”が発生する場合がある。
{{see also|:en:Hydrolock}}

== 例 ==
[[水力発電]]所などでは水撃作用も巨大なものとなり、弁などの可動部はもとより、厚い[[鋼|鋼鉄]]製の上に[[地盤]]や[[コンクリート]]で固められた配管など、固定部分でも損傷を受けかねない。そのため[[サージタンク]]など、なんらかの水撃作用対策は必須のものとなる。

また、全自動洗濯機でも電子制御化以前は「カーン」という高い水撃音を聞くことができた。しかし、このために[[自在水栓]]などの可動部分のある[[蛇口]]に全自動洗濯機の給水ホースを接続しておくと、可動部の[[シール (工学)|パッキン]]にダメージが蓄積し、漏水や破裂の原因になった。その後、[[集合住宅]]などで[[騒音]]として問題になった事から、電子制御化と同時期に圧力逃し弁や段階締め切りなどの水撃作用対策が施されていった。蛇口側でも対策品（[[TOTO (企業)|TOTO]]のハンマーセーフ、[[INAX]]のハンマークッションなど）があり、水栓一式でもスピンドル部のみでも販売されている。

== 防止対策 ==
* 急激な締め切り動作を行わないようにする（水栓の[[コマ (水栓部品)|コマ]]を[[節水コマ]]に交換する、あるいはスピンドル部ごとないしは水栓自体を対策品に交換するのも有効）。
* 圧力逃し装置を設置する。例えば[[サージタンク]]や[[アキュムレータ (機械)|アキュムレーター]]を設け、衝撃的な圧力変動を水位変動やゴム膜の伸縮へと変換し、緩衝する。
* レシプロエンジンの場合、水没やシリンダー内への燃料漏れによりクランキングが停止した場合には直ちに[[点火プラグ]]を全数外し、そのうえでクランキングを行う。シリンダー内にたまった液体をプラグホールから強制的に排出する。
* 下水道工事等で大型水中ポンプなどを設置する場合は、フライホイールを備えた水中ポンプを採用する。

== 関連項目 ==
* [[水撃ポンプ]]
* [[アロハ航空243便事故]] - 1988年に発生した航空事故。公式には機体の金属疲労が原因とされるが、この現象が原因で発生したとする人もある<ref name="fluidhammer">{{cite web | author=The Honolulu Advertiser | year=2001 | url=http://the.honoluluadvertiser.com/2001/Jan/18/118localnews1.html | title=Engineer fears repeat of 1988 Aloha jet accident| date=2001-01-18 |accessdate=2020-10-31 | archiveurl=https://web.archive.org/web/20080131222930/http://the.honoluluadvertiser.com/2001/Jan/18/118localnews1.html| archivedate=2008-01-31 | deadurl=no }}</ref>。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
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=== 出典 ===
{{Reflist}}

== 外部リンク ==
* [http://www.tlv.com/ja/steam_story/0902water_hammer1.html ウォーターハンマー]
* {{Kotobank}}

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{{Normdaten}}

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[[category:水道]]
[[Category:流体力学]]
[[Category:配管]]