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什么是水錘現(xiàn)象?

什么是水錘現(xiàn)象?

水錘是指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)生的水流沖擊波像錘子在敲打一樣,來回產(chǎn)生的力量有時會很大,從而破壞閥門和水泵。

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當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉,水流對閥門及管壁會產(chǎn)生壓力。由于管壁光滑,后續(xù)水流在慣性的作用下,迅速增大,并產(chǎn)生破壞作用,這就是正水錘。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。
而對于輸送飽和蒸汽的管道系統(tǒng),若管道因試運(yùn)行的過程中存水,開關(guān)閥門過快則更易出現(xiàn)超出尋常的水錘柱塞流疊加效應(yīng)---不可壓縮的水在高流速的蒸汽推動下,產(chǎn)生極大的動能(水的質(zhì)量與蒸汽的高流速共同作用),這種能量極易造成切斷閥關(guān)閉件爆裂或者管道焊縫撕裂,釀成事故。下圖視頻為蒸汽管道水錘事故的示意。



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.若氣液兩相管道存液,則運(yùn)行管道前閥門急速開啟則更加危險。

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.壓強(qiáng)過低導(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
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,管線越長,停泵水錘值越大。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)貙嶋H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。

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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。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。

3.在工業(yè)管道中,可增加管徑,減少流速;緩慢開閉閥門,必要時設(shè)旁通線;對于蒸汽管道,注意暖管,增加疏水,暖管及運(yùn)行管道前特別應(yīng)注意排出管道低點(diǎn)的試壓或運(yùn)行終止后的存水,進(jìn)行必要的位移監(jiān)控等來避免水錘。