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淺議抗水錘氣壓罐在消減停泵水錘中的利用

2019-11-20 02:03   评论:95 点击:253

A discussion on advantage of air chambers for water hammer for diminish water hammer when cut off pump.

Liu yi Chen min

(Nanchang Engineering &Research Institule of Nonferrous Metals Nanchang 330002)

This *** introduces equipment used for combating water hammer, conformation ; working elements and merit fault. And make it using abroad for the better work in the future.

Keyworda water hammer when cut off pump, air chambers for water hammer , elements,application

停泵水錘是水錘現象中的一種,是指水泵機組因忽然斷電或其他啟事此釀成的開閥狀況下忽然停車時,在水泵及管路係統中,因流速忽然變化而引發的一係列急劇的壓力交替升降的水力衝擊現象 。一般情況下停泵水錘最為嚴重,其對泵房和管路的安全有極大的威脅,國內有幾座水泵房曾因發生停泵水錘而導致泵房沉沒或管路破裂的重大事故。

停泵水錘值的大小與泵房中水泵和輸水管路的具體情況有關。在泵房和輸水管路設計時應考慮可能發生的水錘情況,並采取相應的防範措施避免水錘的發生,或將水錘的影響控製在許可範圍內。常見的防範措施有以下幾個:

(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。

(2)輸水管線布置時應考慮盡量避免出現駝峰或坡度劇變。

(3)通過模擬計算,選用轉動慣量GD2較大的水泵機組或加裝有足夠慣性的飛輪,可在一定程度上降低水錘值 。

(4)設置水錘消除裝配:如氣壓罐、雙向調壓塔、單向調壓塔、水錘消除器、緩閉止回閥等其中采用抗水錘氣壓罐消減停泵水錘的做法簡單易行、效果明顯,且不受地形影響,在歐洲(英、法等國)使用非常普遍,但在國內使用未幾。我院通過在國外供水工程中的設計實踐,積累了一些該裝配在設計計算及使用方麵的經驗,在此作簡介。

1 抗水錘氣壓罐的構造及工作道理

抗水錘氣壓罐用於消減停泵水錘時連接在水泵出水止回閥後的壓力供水管道上,由壓力球罐(內含氣水分離隔膜)和球罐出口的鑽孔止回閥、閘閥構成(詳見圖1) 。它利用氣體體積與壓力的特定定律工作。隨著管路中的壓力變化,氣壓罐向管道補水或吸收管路中的過高壓力,抗水錘道理上與雙向調壓塔類似。

正常運行時,氣壓罐內氣水體積如圖2a,當水泵忽然停止運行 ,壓力供水管道起端處形成負壓 ,甚至水柱分離時 ,氣壓罐向管道補水,可以有效平衡負壓,防止水柱分離,削減水錘強度。此時氣壓罐中水量減少,氣體膨脹(詳見圖2b);當水錘波返回時,壓力供水管道起端壓力升高,氣壓罐從管道進水,吸收管道內過高的壓力,氣壓罐中水量增加,氣體被壓縮(詳見圖2c),起了氣墊感化,從而有效抵抗了水錘對管路係統產生的不利影響 。

抗水錘氣壓罐的在內部構造上與國內氣壓給水設備中常用的調節氣壓罐基本相同,但兩者在出口閥門設置上有所不同。抗水錘氣壓罐在其出口管段上除安裝了檢驗用閘閥以外,還設置了一個鑽孔止回閥 ,即在閥瓣上鑽一定口徑的小孔(孔徑須經計算確定),這也是該裝配中最有特色的一部分。其感化是:當壓力供水管道起端處形成負壓甚至水柱分離時 ,止回閥全開,氣壓罐能迅速的向管道中補充所需水量;當水錘波返回,壓力供水管道起端壓力升高時,水量通過止回閥瓣上的小孔進進氣壓罐,一方麵吸收管道內過高的壓力,另一方麵加大了水流進進氣壓罐時的水頭損失,消耗了水錘波的能量 ,降低了因水錘波活動產生的壓力往返擺動對管路係統釀成的影響。

2 抗水錘氣壓罐的選型

抗水錘氣壓罐的運行道理非常簡單,但其選型計算卻並不簡單。不僅要考慮水流的活動性和連續性,而且要考慮到因罐內空氣體積急劇變化而導致的空氣溫度變化對空氣體積的影響。這使計算變得複雜且不易精確。目前常見的計算方法有以下幾種:

(1)經驗公式計算法

其特點是算法簡便,可迅速估算出所需氣壓罐的體積,常用於可行性研究及方案設計階段 。公式如下 :

V=10Q·L

式中:V為氣壓罐的總容積,m3;Q為壓力供水管道的流量,m3/s;L為壓力供水管道的長度,m 。

(2) 圖解法

根據帕馬金圖表計算所需氣壓罐體積。其特點是算法比較簡便,可根據管道係統所能承受的水錘壓力變化範圍(安全壓力變化範圍)來確定最經濟的氣壓罐體積,結果相對經驗公式計算法更為精確,常用於初步設計階段。因計算圖表較多,在此不作詳述。

(3) 電算法

其計算道理是利用彈性水柱理論,建立水錘過程的活動方程和連續方程,再結合各種影響身分及邊界條件,計算出所需氣壓罐的體積。此算法過程複雜,但結果非常精確,常用於施工圖設計階段。因各生產廠家產品規格有所差異,其選型計算過程也略有不同,施工圖設計中可請生產廠家協助計算及選型。

3 抗水錘氣壓罐的優缺點及適用條件

相對於其它抗水錘裝配,抗水錘氣壓罐具有以下優點:

(1) 抗水錘效果好。它不僅具備雙向調壓塔的平衡負壓和降低正壓的功能 ,而且具有減少壓力往返擺動的效果,能夠將水錘現象對管路係統的各種危害削減到最小程度。

(2)不受地形條件限製,利用靈活。罐中氣體體積和壓力隨管道壓力而變化,將罐中水量的變化限製在氣壓罐容積範圍以內,有效避免了雙向調壓塔因水位隨管道壓力自由變化而受泵站壓力和周邊地形限製的弱點 ,適用於各種供水壓力和不同地形。

(3)運行安全可靠。該裝配構造簡單,主動運行,避免了如水錘消除器等裝配因設備故障或人為啟事釀成的事故。即使鑽孔止回閥出現故障,抗水錘氣壓罐仍能通過閥瓣上的小孔實現一定的平衡負壓和全部的降低正壓、減少壓力往返擺動的功能 ,不至於產生太大危害。

(4)使用方便、易維護。氣壓罐安裝後無須調試即可主動運行,省往了采用緩閉止回閥作為抗水錘裝配時繁複的調試過程 。全裝配構造簡單,且不須經常補氣,基本無維護負擔。

抗水錘氣壓罐的缺點是價格較高,耗用鋼材,且裝配密封性要求高。當壓力供水管道流量過大或輸水間隔過長時 ,造成氣壓罐容積過大,從而產生購置用度過高和加工困難等題目。是以,抗水錘氣壓罐一般適用於規模為中小型、輸水管長度不大的泵站,具體還應結合工程實際情況經計算和經濟性能綜合比較確定。

4 結語

盡管抗水錘氣壓罐在國內的設計和使用經驗未幾,但它經過國外的大量的工程設計實踐和多年的運行治理經驗,已成為一種技術成熟的抗水錘裝配。它具有抗水錘性能全麵 、利用靈活、安全可靠、運行維護方便等優點。在項目規模不大及經濟條件許可的情況下,值得在國內工程中推廣采用 。

參考文獻:

1給水排水設計手冊.北京:中國建築產業出版社

2薑乃昌.水泵及水泵站.北京:中國建築產業出版社,1993

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