水錘又稱水擊。是指水(shuǐ)或其他液體(tǐ)輸送過程中,由于(yú)閥門突然開關、水(shuǐ)泵驟然啟停等(děng)原因(yīn),流速突然變化且壓強(qiáng)大幅波動的現象(xiàng)。說的通俗(sú)些:突然停電或閥門關閉太快(kuài),由于壓力(lì)水流的慣性,産(chǎn)生水流沖擊波(bō),就象錘子(zǐ)敲打一樣,稱為水錘。
供水管道(dào)壁光滑,後續水流在(zài)慣性的“幫兇”下,水力迅速達到zui大,所以容易造成破壞作用(如破(pò)壞閥門和水(shuǐ)泵等(děng)),這就是水力學中的“水錘效應”,也(yě)叫正水(shuǐ)錘;相反,閥門或水泵(bèng)突然開啟,也會産生水錘效應,叫負水錘。這種大幅波動的壓(yā)力沖(chòng)擊波,ji易導緻管道因局部超壓而(ér)破裂、損壞設備等。所以水錘效應防護(hù)是供水管道工程設計施工(gōng)中必須(xū)要考慮的關鍵因素。
一、水錘(chuí)産生的條件(jiàn):
1.閥門突然開啟或關閉;
2.水泵機組突然停車或開啟;
3.單管向高處輸水(供水地(dì)形(xíng)高(gāo)差超過20米);
4.水泵總(zǒng)揚程(或工作壓力)大;
5.輸水(shuǐ)管(guǎn)道中(zhōng)水流速度過大;
6.輸(shū)水(shuǐ)管道過長,且地形(xíng)變化大。
7.不規(guī)範的施工是給水管道工程存在的隐患,如三(sān)通、彎頭、異徑管等節點的水泥止推墩制作不符合要求。
二、水錘效應的危害
水錘引起的壓強升高,可(kě)達管道正常工作壓強的幾倍,甚至(zhì)幾十倍。這種(zhǒng)大幅度的壓強波動,對管路(lù)系統造成的危害主要有(yǒu):
1.引起管道強烈振動,管道(dào)接頭斷開;
2.破壞閥門(mén),嚴重的壓強過(guò)高造成管道爆管,供水管網壓力降低;
3.壓強過低又會導(dǎo)緻管(guǎn)子的癟塌,還會損壞閥門(mén)和固定件;
4.引起水泵反轉,破壞泵房内設備或管道,嚴重(zhòng)的造成泵房(fáng)淹沒,造(zào)成(chéng)人身傷亡等重大事故(gù),影響生産和生活。
三、消除(chú)或減輕水錘的防護措施
對于水錘的防護措施很多,但需根據水錘可能産生的(de)原因,采取不同的措施。
降低輸(shū)水管線的(de)流速,可在一(yī)定(dìng)程度上降低水錘壓力,但(dàn)會zeng大輸水管管徑,zeng加工程投資。輸水管線(xiàn)布置(zhì)時應考慮盡量避免出現駝峰或坡(pō)度劇變,減少(shǎo)輸水管道長度,管線愈(yù)長,停泵水錘值愈大。由(yóu)一(yī)個泵站變(biàn)兩(liǎng)個泵站,用吸水井把兩個泵站銜接起來。
停泵水(shuǐ)錘(chuí)的大小主要與泵房的幾何揚程有關,幾何揚程愈高(gāo),停泵水錘(chuí)值也愈大。因此(cǐ),應根(gēn)據當地實際情(qíng)況選用合理的水泵揚程。事故停泵後,應(yīng)待(dài)止回閥後管道充(chōng)滿水再啟動水(shuǐ)泵。啟泵時水泵出口閥門不要全開,否則會産生很大的水沖擊。很多泵站的(de)重大水錘事故多在這種情況下(xià)産生。
停泵水(shuǐ)錘
所謂停泵水錘是指突然斷電或其他(tā)原因造成開閥停車時,在水泵和壓力管(guǎn)道中由于流速的突然變化而引起(qǐ)壓力(lì)升降的水力沖擊現象。例如電力系統或電器設備發生故障、水泵(bèng)機組偶發故障等原因,都可 能發生(shēng)離心泵開閥停車,從而引發停泵水錘。
停(tíng)泵水錘的zui高(gāo)壓力可達正常工作壓力的200%,甚至geng高可以使管道及設備擊(jī)毀,一般事故造成“跑水”、停水(shuǐ);嚴重事故造成泵房被(bèi)淹、設備損壞、設施被毀,甚至于造成人身傷亡事故(gù)。
四、設置水(shuǐ)錘消除(chú)裝置
1.采用恒(héng)壓控(kòng)制技術
采用PLC自(zì)動控制系統,對機泵進行變頻調速控制(zhì),對整個供水泵房系統操作實(shí)行自動控制。由于 供(gòng)水管網壓力随着工(gōng)況的變化而不斷變化,系統運(yùn)行過程中經常出現低壓或超壓現象,容易産生水錘,導緻對管道和設備的破壞,采用PLC自動控制(zhì)系統,通過對管網壓力的(de)檢測,反饋控制水泵(bèng)的開、停和(hé)轉速調節(jiē),控制流量,進而使壓力維持一定水平,可以通過控制微機設定機泵供(gòng)水壓力,保持恒壓供水,避免了(le)過大的壓力波動,使産(chǎn)生水錘的概率減(jiǎn)小。
2.安(ān)裝水錘消除器
該(gāi)設備主要防止停泵水錘,一般安裝在水泵出口管道(dào)附近,利用管道本身(shēn)的壓力為動力來實(shí)現低壓自動動作,即當管道中的壓力低于設定(dìng)保護值時,排水口(kǒu)會自(zì)動打開放水洩壓,以(yǐ)平衡局部(bù)管道的壓力,防止水錘對設備和管(guǎn)道(dào)的沖擊,消除器一般(bān)可(kě)分為機(jī)械式和液壓式兩種(zhǒng),機(jī)械式消除器(qì)動作後由人工恢複,液壓式消(xiāo)除器可自動複位。
3.在大口(kǒu)徑的水泵出水管上安裝緩閉止回閥
可有效的消除停泵(bèng)水錘,但因閥門(mén)動作時有一定的水量倒流,吸水(shuǐ)井須有溢流管。緩閉止回閥有重錘式和蓄能式兩種。這種(zhǒng)閥門可(kě)以根據需要在一定範(fàn)圍内對閥(fá)門關閉時間(jiān)進行調整。一(yī)般在停電後3~7 s内閥門關閉70%~80%,剩餘20%~30%的關閉時間則根據水(shuǐ)泵(bèng)和管路的情況調節,一般在10~30s範(fàn)圍。值得注意的是,當管路中存在駝峰而發生彌合水錘時,緩閉止回閥的(de)作用就十分有限(xiàn)。
4.設置單向調壓塔(tǎ)
在泵站附近或管道的适當位置修建(jiàn),單向(xiàng)調壓塔的(de)高度低于該(gāi)處的管道壓力。當(dāng)管道(dào)内壓力低于塔(tǎ)内水位時,調壓塔向管道補水,防止(zhǐ)水柱拉斷,避免彌(mí)合(hé)水錘。但其對停泵(bèng)水錘以外的水錘(chuí)如關閥水錘的降壓作用有限。此外單向調壓塔采用的單向(xiàng)閥的性能(néng)要juedui可靠,一旦該閥門失靈,可能導緻(zhì)發生(shēng)較大的水錘。
5.在泵站内設置旁通(tōng)管(閥)
在泵系統正常運行時,由于(yú)水泵壓水側水壓高于吸水側的水壓,止回閥關閉。當(dāng)事故斷電突然停泵後,水泵站出口處壓力(lì)急劇降(jiàng)低(dī),而吸水側壓力則猛升。在此差壓下(xià),吸水總管中的(de)瞬态高壓水即推開止回閥閥闆流向(xiàng)壓(yā)水總管的瞬态(tài)低壓水,并使該處低水壓有所升高(gāo);另一方面,使水泵吸水側(cè)的水錘升壓也得到降低。這樣一來,水泵站兩(liǎng)側的水錘(chuí)升、降壓都(dōu)得到控制,從而有效地減少和防止了水錘危害。
6.設(shè)置多級止回閥
在較長的輸水管路(lù)中,zeng設一個或多個止(zhǐ)回閥,把輸水管(guǎn)劃分成幾段,每段上均設止回閥。當水錘過程中輸水(shuǐ)管中水倒流時,各止回閥相繼關閉把(bǎ)回沖水流分成數段,由于每段輸水管(或(huò)回沖水流段)内靜水壓頭相當小,從而降低了水錘升壓。此項防護措施,可有效的(de)用于幾何供水高差很大的情況;但不能消除水柱(zhù)分離的可能性。其zui大的缺點是:正常運(yùn)行時水泵電耗zeng大、供水成本提高(gāo)。
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