在泵房及管道系統安裝完畢,往往會(huì )發(fā)現在系統運行時(shí),當在停泵、停電的一剎那,管道系統會(huì )有一個(gè)很大的水的沖擊力,沖擊著(zhù)水泵、閥門(mén)和管路,有的可能水擊很輕,但有的卻很?chē)乐?,更甚者?huì )產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量事故,例如:閥門(mén)閥瓣、水泵葉片、管道系統等被水擊擊碎、擊破,這種破壞就是水錘導致的。
什么是水錘現象?
水錘是在突然停電或者在閥門(mén)關(guān)閉太快時(shí),由于壓力水流的慣性,產(chǎn)生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣,所以叫水錘。水流沖擊波來(lái)回產(chǎn)生的力,有時(shí)會(huì )很大,從而破壞閥門(mén)和水泵。水錘效應”是指在水管內部,管內壁光滑,水流動(dòng)自如。當打開(kāi)的閥門(mén)突然關(guān)閉,水流對閥門(mén)及管壁,主要是閥門(mén)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑,后續水流在慣性的作用下,迅速達到最大,并產(chǎn)生破壞作用,這就是流體力學(xué)當中的“水錘效應”,也就是正水錘。在供水管道建設中都要考慮這一因素。相反,關(guān)閉的閥門(mén)在突然打開(kāi)后,也會(huì )產(chǎn)生水錘,叫負水錘,也有一定的破壞力,但沒(méi)有前者大。電動(dòng)水泵機組突然停電或啟動(dòng)時(shí),同樣也會(huì )引起壓力的沖擊和水錘效應。這種壓力的沖擊波沿管道傳播,極易導致管道局部超壓而造成管道破裂、損壞設備等,故水錘效應防護成為供水工程關(guān)鍵性的工藝技術(shù)之一。
水錘產(chǎn)生的條件
1、閥門(mén)突然開(kāi)啟或關(guān)閉;
2、水泵機組突然停車(chē)或開(kāi)啟;
3、單管向高處輸水(供水地形高差超過(guò)20米);
4、水泵總揚程(或工作壓力)大;
5、輸水管道中水流速度過(guò)大;
6、輸水管道過(guò)長(cháng),且地形變化大。
水錘效應的危害
水錘引起的壓強升高,可達管道正常工作壓強的幾倍,甚至幾十倍。這種大幅度的壓強波動(dòng),對管路系統造成的危害主要有:
1、引起管道強烈振動(dòng),管道接頭斷開(kāi);
2、破壞閥門(mén),嚴重的壓強過(guò)高造成管道爆管,供水管網(wǎng)壓力降低;
3、反之,壓強過(guò)低又會(huì )導致管子的癟塌,還會(huì )損壞閥門(mén)和固定件;
4、引起水泵反轉,破壞泵房?jì)仍O備或管道,嚴重的造成泵房淹沒(méi),造成人身傷亡等重大事故,影響生產(chǎn)和生活。
消除或減輕水錘的防護措施
對于水錘的防護措施很多,但需根據水錘可能產(chǎn)生的原因,采取不同的措施。
1、降低輸水管線(xiàn)的流速,可在一定程度上降低水錘壓力,但會(huì )增大輸水管管徑,增加工程投資。輸水管線(xiàn)布置時(shí)應考慮盡量避免出現駝峰或坡度劇變。
減少輸水管道長(cháng)度,管線(xiàn)愈長(cháng),停泵水錘值愈大。由一個(gè)泵站變兩個(gè)泵站,用吸水井把兩個(gè)泵站銜接起來(lái)。
停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚程有關(guān),幾何揚程愈高,停泵水錘值也愈大。因此,應根據當地實(shí)際情況選用合理的水泵揚程。
事故停泵后,應待止回閥后管道充滿(mǎn)水再啟動(dòng)水泵。
啟泵時(shí)水泵出口閥門(mén)不要全開(kāi),否則會(huì )產(chǎn)生很大的水沖擊。很多泵站的重大水錘事故多在這種情況下產(chǎn)生。
2、設置水錘消除裝置
(1)采用恒壓控制技術(shù):
采用PLC自動(dòng)控制系統,對機泵進(jìn)行變頻調速控制,對整個(gè)供水泵房系統操作實(shí)行自動(dòng)控制。由于供水管網(wǎng)壓力隨著(zhù)工況的變化而不斷變化,系統運行過(guò)程中經(jīng)常出現低壓或超壓現象,容易產(chǎn)生水錘,導致對管道和設備的破壞,采用PLC自動(dòng)控制系統,通過(guò)對管網(wǎng)壓力的檢測,反饋控制水泵的開(kāi)、停和轉速調節,控制流量,進(jìn)而使壓力維持一定水平,可以通過(guò)控制微機設定機泵供水壓力,保持恒壓供水,避免了過(guò)大的壓力波動(dòng),使產(chǎn)生水錘的概率減小。
(2)安裝水錘消除器
該設備主要防止停泵水錘,一般安裝在水泵出口管道附近,利用管道本身的壓力為動(dòng)力來(lái)實(shí)現低壓自動(dòng)動(dòng)作,即當管道中的壓力低于設定保護值時(shí),排水口會(huì )自動(dòng)打開(kāi)放水泄壓,以平衡局部管道的壓力,防止水錘對設備和管道的沖擊,消除器一般可分為機械式和液壓式兩種,機械式消除器動(dòng)作后由人工恢復,液壓式消除器可自動(dòng)復位。
(3)在大口徑的水泵出水管上安裝緩閉止回閥
可有效的消除停泵水錘,但因閥門(mén)動(dòng)作時(shí)有一定的水量倒流,吸水井須有溢流管。緩閉止回閥有重錘式和蓄能式兩種。這種閥門(mén)可以根據需要在一定范圍內對閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調整。一般在停電后3~7 s內閥門(mén)關(guān)閉70%~80%,剩余20%~30%的關(guān)閉時(shí)間則根據水泵和管路的情況調節,一般在10~30 s范圍。值得注意的是,當管路中存在駝峰而發(fā)生彌合水錘時(shí),緩閉止回閥的作用就十分有限.
(4)設置單向調壓塔
在泵站附近或管道的適當位置修建,單向調壓塔的高度低于該處的管道壓力。當管道內壓力低于塔內水位時(shí),調壓塔向管道補水,防止水柱拉斷,避免彌合水錘。但其對停泵水錘以外的水錘如關(guān)閥水錘的降壓作用有限。此外單向調壓塔采用的單向閥的性能要絕對可靠,一旦該閥門(mén)失靈,可能導致發(fā)生較大的水錘。
(5)在泵站內設置旁通管(閥)
在泵系統正常運行時(shí),由于水泵壓水側水壓高于吸水側的水壓,止回閥關(guān)閉。當事故斷電突然停泵后,水泵站出口處壓力急劇降低,而吸水側壓力則猛升。在此差壓下,吸水總管中的瞬態(tài)高壓水即推開(kāi)止回閥閥板流向壓水總管的瞬態(tài)低壓水,并使該處低水壓有所升高;另一方面,使水泵吸水側的水錘升壓也得到降低。這樣一來(lái),水泵站兩側的水錘升、降壓都得到控制,從而有效地減少和防止了水錘危害。
(6)設置多級止回閥
在較長(cháng)的輸水管路中,增設一個(gè)或多個(gè)止回閥,把輸水管劃分成幾段,每段上均設止回閥。當水錘過(guò)程中輸水管中水倒流時(shí),各止回閥相繼關(guān)閉把回沖水流分成數段,由于每段輸水管(或回沖水流段)內靜水壓頭相當小,從而降低了水錘升壓。此項防護措施,可有效的用于幾何供水高差很大的情況;但不能消除水柱分離的可能性。其最大的缺點(diǎn)是:正常運行時(shí)水泵電耗增大、供水成本提高。
松洋恒壓變頻供水設備,在設計時(shí)已經(jīng)充分考慮了水錘造成的影響,能最大限度避免因此造成的損失。