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。
當打開的閥門突然關(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,叫負水錘,也有一定的破壞力,但沒有前者大。電動水泵機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。
7.若氣液兩相管道存液,則運行管道前閥門急速開啟則更加危險。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,對管路系統(tǒng)造成的危害主要有:2.破壞閥門,嚴重的壓強過高造成管道爆管,供水管網(wǎng)壓力降低;3.壓強過低導致管子的癟塌,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。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程有關(guān),幾何揚程愈高,停泵水錘值也愈大。因此,應(yīng)根據(jù)當?shù)貙嶋H情況選用合理的水泵揚程。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。
采用PLC自動控制系統(tǒng),對機泵進行變頻調(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,進而使壓力維持一定水平,可以通過控制微機設(shè)定機泵供水壓力,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。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,即當管道中的壓力低于設(shè)定保護值時,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械式和液壓式兩種,機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。
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。
在泵站附近或管道的適當位置修建,單向調(diào)壓塔的高度低于該處的管道壓力。當管道內(nèi)壓力低于塔內(nèi)水位時,調(diào)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(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。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。其最大的缺點是,正常運行時水泵電耗增大、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,暖管及運行管道前特別應(yīng)注意排出管道低點的試壓或運行終止后的存水,進行必要的位移監(jiān)控等來避免水錘。