在泵房及管道系統(tǒng)安裝完畢,往往會發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行時,當(dāng)在停泵、停電的一剎那,管道系統(tǒng)會有一個很大的水的沖擊力,沖擊著水泵、閥門和管路,有的可能水擊很輕,但有的卻很嚴(yán)重,更甚者會產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故,例如:閥門閥瓣、水泵葉片、管道系統(tǒng)等被水擊擊碎、擊破,這種破壞就是水錘導(dǎo)致的。
什么是水錘現(xiàn)象?
水錘是在突然停電或者在閥門關(guān)閉太快時,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。水流沖擊波來回產(chǎn)生的力,有時會很大,從而破壞閥門和水泵。水錘效應(yīng)”是指在水管內(nèi)部,管內(nèi)壁光滑,水流動自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉,水流對閥門及管壁,主要是閥門會產(chǎn)生一個壓力。由于管壁光滑,后續(xù)水流在慣性的作用下,迅速達(dá)到最大,并產(chǎn)生破壞作用,這就是流體力學(xué)當(dāng)中的“水錘效應(yīng)”,也就是正水錘。在供水管道建設(shè)中都要考慮這一因素。相反,關(guān)閉的閥門在突然打開后,也會產(chǎn)生水錘,叫負(fù)水錘,也有一定的破壞力,但沒有前者大。電動水泵機(jī)組突然停電或啟動時,同樣也會引起壓力的沖擊和水錘效應(yīng)。這種壓力的沖擊波沿管道傳播,極易導(dǎo)致管道局部超壓而造成管道破裂、損壞設(shè)備等,故水錘效應(yīng)防護(hù)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。
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,對管路系統(tǒng)造成的危害主要有:
1、引起管道強(qiáng)烈振動,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;
3、反之,壓強(qiáng)過低又會導(dǎo)致管子的癟塌,還會損壞閥門和固定件;
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,但會增大輸水管管徑,增加工程投資。輸水管線布置時應(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。由一個泵站變兩個泵站,用吸水井把兩個泵站銜接起來。
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水泵。
啟泵時水泵出口閥門不要全開,否則會產(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自動控制系統(tǒng),對機(jī)泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制,對整個供水泵房系統(tǒng)操作實(shí)行自動控制。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,使產(chǎn)生水錘的概率減小。
(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力來實(shí)現(xiàn)低壓自動動作,即當(dāng)管道中的壓力低于設(shè)定保護(hù)值時,排水口會自動打開放水泄壓,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)械式消除器動作后由人工恢復(fù),液壓式消除器可自動復(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,但因閥門動作時有一定的水量倒流,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,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,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,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)置多級止回閥
在較長的輸水管路中,增設(shè)一個或多個止回閥,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,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)行時水泵電耗增大、供水成本提高。