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水錘效應(yīng),毀壞供水管網(wǎng)的坑爹貨

水錘效應(yīng),毀壞供水管網(wǎng)的坑爹貨
發(fā)布時(shí)間:2018/06/12 作者:中聯(lián)泵業(yè) 點(diǎn)擊次數(shù):83次

 水錘效應(yīng),毀壞供水管網(wǎng)的坑爹貨

? ? ? 水錘又稱水擊。是指水或其他液體輸送過程中,由于閥門突然開關(guān)、水泵驟然啟停等原因,流速突然變化且壓強(qiáng)大幅波動(dòng)的現(xiàn)象。說的通俗些:突然停電或閥門關(guān)閉太快,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,我們稱之為水錘。

  供水管道壁光滑,后續(xù)水流在慣性的“幫兇”下,水力迅速達(dá)到最大,所以容易造成破壞作用(如破壞閥門和水泵等),這就是水力學(xué)中的“水錘效應(yīng)”,也叫正水錘;相反,閥門或水泵突然開啟,也會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng),叫負(fù)水錘。這種大幅波動(dòng)的壓力沖擊波,極易導(dǎo)致管道因局部超壓而破裂、損壞設(shè)備等。所以水錘效應(yīng)防護(hù)是供水管道工程設(shè)計(jì)施工中必須要考慮的關(guān)鍵因素。

  水錘產(chǎn)生的條件

  1、閥門突然開啟或關(guān)閉;

  2、水泵機(jī)組突然停車或開啟;

  3、單管向高處輸水(供水地形高差超過20米);

  4、水泵總揚(yáng)程(或工作壓力)大;

  5、輸水管道中水流速度過大;

  6、輸水管道過長,且地形變化大。

  7、不規(guī)范的施工是給水管道工程存在的隱患

  7.1如三通、彎頭、異徑管等節(jié)點(diǎn)的水泥止推墩制作不符合要求。

  按照《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:φ≥110mm以上管道的三通、彎頭、異徑管等節(jié)點(diǎn),應(yīng)設(shè)置水泥止推墩,防止管道推移,“止推墩混凝土不宜低于C15級(jí),并現(xiàn)場澆筑在開挖的原狀土地基和槽坡上”。有些施工方對止推墩所發(fā)揮的作用,引不起足夠的重視,他們在管道旁釘個(gè)木樁或楔個(gè)鐵橛充當(dāng)止推墩,有時(shí)水泥墩的體積太小或未澆筑在原狀土上,有的止推墩的強(qiáng)度不夠,結(jié)果管道運(yùn)行中,止推墩無法發(fā)揮作用形同虛設(shè),造成三通、彎頭等管件推移錯(cuò)位后而損壞。

  舉例說明:假設(shè)一條φ500×16.8mm的管線上有一個(gè)90°的彎頭,當(dāng)管道工作壓力0.4MPa時(shí),那么90°彎頭處的推力就是:

  T=1.57×dn2×Fwd×Sin(a/2)

  =1.57×46.642×4×Sin(90/2)

  =9658Kg

  式中

  dn :管道內(nèi)徑cm

  Fwd:內(nèi)水壓力Kg

  a:彎頭轉(zhuǎn)角

  由此可見,當(dāng)φ500mm的管線運(yùn)行壓力0.4Mpa時(shí),那么90°彎頭處就產(chǎn)生9.6T的推力,如果此處水泥止推墩的強(qiáng)度不夠,抗不住9.6T的推力而破碎,此處的彎頭在失去止推墩保護(hù)的前提下,也會(huì)跟著破損;在給水管道事故中,因止推墩不符合要求而導(dǎo)致管件破損的現(xiàn)象相對較多,對此,施工方應(yīng)給予高度的重視。

  未安裝自動(dòng)排氣閥或安裝的位置不合理

  根據(jù)水力學(xué)的原理,起伏較大的山區(qū)或丘陵,在管道的高點(diǎn),應(yīng)設(shè)計(jì)安裝自動(dòng)排氣閥,即使是地形起伏不大的平原地區(qū),也要在挖槽時(shí),人為的將管線設(shè)計(jì)出起伏,呈循環(huán)上升或下降,坡度不小于1/500,在每公里的最高處設(shè)計(jì)1-2個(gè)排氣閥。

  因?yàn)楣艿涝谳斔^程中,管道中氣體會(huì)逸出在管道高起部位積累起來,甚至形成氣阻,管道中水的流速發(fā)生波動(dòng)時(shí),隆起部位形成的氣囊將不斷被壓縮、擴(kuò)張,氣體被壓縮后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)要比水被壓縮后產(chǎn)生的壓強(qiáng)大幾十倍甚至上百倍,此時(shí),這段存在隱患的管道,可能會(huì)導(dǎo)致下列情況的發(fā)生:

 ?、殴艿郎嫌瓮ㄋ笙掠蔚嗡灰?,這是因?yàn)楣艿纼?nèi)的氣囊阻斷水流,形成水柱分離。

 ?、乒艿纼?nèi)被壓縮的氣體,壓縮到最大極限,急速膨脹,導(dǎo)致管道破裂。

  ⑶當(dāng)高處水源的水,利用重力流按一定的速度向下游輸送時(shí),急速關(guān)閉上游的閥門后,由于落差及流速的慣力,管道內(nèi)上游的水柱并沒有立即停止,它仍按一定的速度向下游流動(dòng),此時(shí)管道內(nèi)因無法及時(shí)補(bǔ)氣形成真空,造成管道被負(fù)壓吸癟而破損。

?

  水錘效應(yīng)的危害

  水錘引起的壓強(qiáng)升高,可達(dá)管道正常工作壓強(qiáng)的幾倍,甚至幾十倍。這種大幅度的壓強(qiáng)波動(dòng),對管路系統(tǒng)造成的危害主要有:

  1、引起管道強(qiáng)烈振動(dòng),管道接頭斷開;

?

?

  2、破壞閥門,嚴(yán)重的壓強(qiáng)過高造成管道爆管,供水管網(wǎng)壓力降低;

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?

3、反之,壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌,還會(huì)損壞閥門和固定件;

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4、引起水泵反轉(zhuǎn),破壞泵房內(nèi)設(shè)備或管道,嚴(yán)重的造成泵房淹沒,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(hù)措施

  對于水錘的防護(hù)措施很多,但需根據(jù)水錘可能產(chǎn)生的原因,采取不同的措施。

  1、降低輸水管線的流速,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。輸水管線布置時(shí)應(yīng)考慮盡量避免出現(xiàn)駝峰或坡度劇變

  減少輸水管道長度,管線愈長,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。

  停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚(yáng)程有關(guān),幾何揚(yáng)程愈高,停泵水錘值也愈大。因此,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用合理的水泵揚(yáng)程。

  事故停泵后,應(yīng)待止回閥后管道充滿水再啟動(dòng)水泵。

  啟泵時(shí)水泵出口閥門不要全開,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(shè)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(tǒng),對機(jī)泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制,對整個(gè)供水泵房系統(tǒng)操作實(shí)行自動(dòng)控制。由于供水管網(wǎng)壓力隨著工況的變化而不斷變化,系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)低壓或超壓現(xiàn)象,容易產(chǎn)生水錘,導(dǎo)致對管道和設(shè)備的破壞,采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),通過對管網(wǎng)壓力的檢測,反饋控制水泵的開、停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),控制流量,進(jìn)而使壓力維持一定水平,可以通過控制微機(jī)設(shè)定機(jī)泵供水壓力,保持恒壓供水,避免了過大的壓力波動(dòng),使產(chǎn)生水錘的概率減小。

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  (2)安裝水錘消除器

  該設(shè)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)力來實(shí)現(xiàn)低壓自動(dòng)動(dòng)作,即當(dāng)管道中的壓力低于設(shè)定保護(hù)值時(shí),排水口會(huì)自動(dòng)打開放水泄壓,以平衡局部管道的壓力,防止水錘對設(shè)備和管道的沖擊,消除器一般可分為機(jī)械式和液壓式兩種,機(jī)械式消除器動(dòng)作后由人工恢復(fù),液壓式消除器可自動(dòng)復(fù)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。這種閥門可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對閥門關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。一般在停電后3~7 s內(nèi)閥門關(guān)閉70%~80%,剩余20%~30%的關(guān)閉時(shí)間則根據(jù)水泵和管路的情況調(diào)節(jié),一般在10~30 s范圍。值得注意的是,當(dāng)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(shè)置單向調(diào)壓塔

  在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建,單向調(diào)壓塔的高度低于該處的管道壓力。當(dāng)管道內(nèi)壓力低于塔內(nèi)水位時(shí),調(diào)壓塔向管道補(bǔ)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(diào)壓塔采用的單向閥的性能要絕對可靠,一旦該閥門失靈,可能導(dǎo)致發(fā)生較大的水錘。

  (5)在泵站內(nèi)設(shè)置旁通管(閥)

  在泵系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),由于水泵壓水側(cè)水壓高于吸水側(cè)的水壓,止回閥關(guān)閉。當(dāng)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(cè)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(cè)的水錘升壓也得到降低。這樣一來,水泵站兩側(cè)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(shè)置多級(jí)止回閥

  在較長的輸水管路中,增設(shè)一個(gè)或多個(gè)止回閥,把輸水管劃分成幾段,每段上均設(shè)止回閥。當(dāng)水錘過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(shù)段,由于每段輸水管(或回沖水流段)內(nèi)靜水壓頭相當(dāng)小,從而降低了水錘升壓。此項(xiàng)防護(hù)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(yùn)行時(shí)水泵電耗增大、供水成本提高。

  應(yīng)用實(shí)例

  某水廠改造工程: 設(shè)計(jì)水泵揚(yáng)程80m,地形高差68.4m,設(shè)計(jì)流量850m3/h,管口徑DN400,管長為6.0km,設(shè)計(jì)流速0.50—1.20m/s,C=980.4m/s,水錘波相長T為12.2s,Ts=2.25T=30s時(shí),理論上,產(chǎn)生間接水錘的峰值為1.34Mpa,安裝多功能水泵控制閥后,產(chǎn)生的停泵水錘壓力峰值為0.98Mpa;安裝普通止回閥停泵水錘壓力峰值則為1.88MPa。據(jù)現(xiàn)場測試,安裝JD745X—10DN400多功能水泵控制閥,緩閉時(shí)間為30s時(shí),停泵壓力峰值為0.95MPa,小于1.20Mpa,而原配置為電動(dòng)蝶閥和微阻緩閉蝶閥,停泵壓力峰值為1.2~1.4MPa。停泵后水泵最大反轉(zhuǎn)速度為600r/min,與原配置相同。經(jīng)多處實(shí)踐使用證明,多功能水泵控制閥具有良好的水錘防護(hù)作用。

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