水錘及防護措施(黃雙雙)

1、 株洲南方閥門股份有限公司聯(lián)系人：黃雙雙QQ:312444976聯(lián)系電話Customers satisfaction and more than Customers expectation Customers satisfaction and more than Customers expectation1、水錘的概念及其成因2、水錘事故類型及相關(guān)實例3、設(shè)計規(guī)范對水錘的防護要求4、水錘計算的數(shù)值模擬方法5、水錘的防護方法及閥門應(yīng)用6、閥門防護水錘的應(yīng)用實例 Customers satisfaction and more than Customers expectat

2、ion 當(dāng)壓力管道中的流體因某些原因而產(chǎn)生流當(dāng)壓力管道中的流體因某些原因而產(chǎn)生流速的急劇變化時，由于流體的慣性作用而引起速的急劇變化時，由于流體的慣性作用而引起管道內(nèi)流體壓力急劇變化，并伴隨著震動和沖管道內(nèi)流體壓力急劇變化，并伴隨著震動和沖擊聲，這種現(xiàn)象稱為水錘現(xiàn)象或流體瞬變過程。擊聲，這種現(xiàn)象稱為水錘現(xiàn)象或流體瞬變過程。 按水錘成因的外部條件，水錘可分為按水錘成因的外部條件，水錘可分為啟動啟動水錘、關(guān)閥水錘和停泵水錘三種。水錘、關(guān)閥水錘和停泵水錘三種。 Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘的概念及其成因 啟動

3、水錘啟動水錘 啟動水錘常在壓水管沒充滿水而壓水閥門開啟過快的啟動工況時發(fā)生。由于水頭和轉(zhuǎn)速在啟動過程中都是變值，所以，在啟動時，會因管路中的流速劇變而形成水錘。這種水錘在投產(chǎn)試車時最易發(fā)生。 Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘的概念及其成因 關(guān)閥水錘關(guān)閥水錘 關(guān)閥水錘是在關(guān)閉閥門過程中發(fā)生的水錘現(xiàn)象。在通常情況下，按正常操作程序關(guān)閉閥門，不會引起很大的水錘壓力變化。但是，如果發(fā)生違反操作程序或管道突然被異物堵塞等意外事故，管道中就會出現(xiàn)不同程度的關(guān)閥水錘。 Customers satisfaction and

4、 more than Customers expectation水錘的概念及其成因 停泵水錘停泵水錘 停泵水錘是由于泵站工作人員失誤操作、外電網(wǎng)事故跳閘以及自然災(zāi)害（大風(fēng)、雷擊、地震）等原因，致使水泵機組突然斷電而造成開閥停車時，在泵站及管路系統(tǒng)中所發(fā)生的水錘現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在城市供水及工業(yè)企業(yè)的給水泵站中，大部分水錘事故都屬于停泵水錘事故。 Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘的概念及其成因 Customers satisfaction and more than Customers expectatio

5、n Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘事故的分類 Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘事故的實例城市供水系統(tǒng)實例城市供水系統(tǒng)實例 江西省九江市自來水公司第三水廠水源泵站供水系統(tǒng)，受長江水位變幅較大和地形的限制，管道從水泵出口垂直爬升約20m 后穿越井筒形泵房，接著又因跨越長江防洪大堤而形成局部凸起，一期工程在1998 年竣工投產(chǎn)后多次因事故停電而發(fā)生水錘事故，導(dǎo)致管道破裂，供水中斷。 Customers satisfactio

6、n and more than Customers expectation工業(yè)供水系統(tǒng)實例工業(yè)供水系統(tǒng)實例 內(nèi)蒙古蒙達發(fā)電有限責(zé)任公司達拉特電廠供水系統(tǒng)第一、二期工程自1995 年建成投入運行以來， 1 號、2 號輸水管道先后發(fā)生16 次大小不同的水錘事故，導(dǎo)致管道破裂，供水中斷，嚴重影響了發(fā)電機組的正常運行。 水錘事故的實例 Customers satisfaction and more than Customers expectation火電廠循環(huán)水系統(tǒng)實例火電廠循環(huán)水系統(tǒng)實例 武漢市陽邏電廠循環(huán)水系統(tǒng)，由于操作人員對系統(tǒng)的瞬變水力特性認識不足，1994 年在停機和調(diào)整負荷時，出現(xiàn)了三次水

7、錘事故，造成冷凝器、泵出口閥等設(shè)備破壞及泵房被淹事故。水錘事故的實例 Customers satisfaction and more than Customers expectation核電廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實例核電廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實例 美國在19651981 年共記載報告了76 起核電廠水錘事故，最嚴重的一次發(fā)生在1985 年11 月，位于加利福尼亞州的SanOnofre 核電廠1 號機組由于短路造成二回路主泵停泵斷水，4min 后又誤操作，啟動水泵，從而產(chǎn)生了巨大的空泡潰滅水錘，50 多米長的給水管道嚴重扭曲移位，十幾個支撐遭到破壞，位移達30cm 之大，有1 處炸裂管道出現(xiàn)2m 長的魚嘴裂

8、縫，使核電廠被迫停堆。水錘事故的實例 Customers satisfaction and more than Customers expectation1.有可能產(chǎn)生水錘危害的泵站，在各設(shè)計階段均應(yīng)進行事故停泵水錘計算。在可行性研究階段，允許采用簡易圖解法計算；在初步設(shè)計階段及施工圖階段宜采用特征線法或其它精度比較高的計算方法進行計算。2 .當(dāng)事故停泵瞬態(tài)特性參數(shù)不能滿足下列要求時，應(yīng)采取防護措施。2.1 離心泵最高反轉(zhuǎn)速度不應(yīng)超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，超過額定轉(zhuǎn)速的持續(xù)時間不應(yīng)超過2min。2.2 立式機組在低于額定轉(zhuǎn)速40%的持續(xù)運行時間不應(yīng)超過2min。2.3 最高壓力不應(yīng)超過水泵出口額

9、定壓力的1.31.5倍。2.4 管道任何部位不應(yīng)出現(xiàn)水柱斷裂。 Customers satisfaction and more than Customers expectation泵站設(shè)計規(guī)范要求泵站設(shè)計規(guī)范要求 Customers satisfaction and more than Customers expectation長距離輸水規(guī)范要求長距離輸水規(guī)范要求 Customers satisfaction and more than Customers expectation長距離輸水規(guī)范要求長距離輸水規(guī)范要求 Customers satisfaction and more than Cu

10、stomers expectation長距離輸水規(guī)范要求長距離輸水規(guī)范要求 Customers satisfaction and more than Customers expectation Customers satisfaction and more than Customers expectation基本方程基本方程管道瞬變流基本方程由連續(xù)性方程和運動方程組成，即：連續(xù)性方程：運動方程： 0sin2xVgaVxHVtH04DtVxVVxHgW Customers satisfaction and more than Customers expectation特征線解法特征線解法對于一組

11、雙曲型偏微分方程組，為了對其進行數(shù)值計算，可將該方程組通過特征線法轉(zhuǎn)化為特殊的全微分方程，然后再進行積分，就可以得到便于數(shù)值處理的有限差分方程。 Customers satisfaction and more than Customers expectation特征線解法特征線解法沿特征線的方向，將上述方程轉(zhuǎn)化為常微分方程： 上式中的前一個式子分別稱為特征線方程，后一個式子分別稱為在特征線上成立的相容性方程。將相容性方程沿著各自的特征線積分，可得有限差分方程 。02sinDVfVVagdtdVdtdHagaVdtdx02sinDVfVVagdtdVdtdHagaVdtdx Customers

12、satisfaction and more than Customers expectation特征線解法特征線解法0)(AAAPAPQRQQQBHH0)(BBBPBPQRQQQBHH圖4-1 水錘計算的特征線網(wǎng)格 Customers satisfaction and more than Customers expectation基本邊界條件基本邊界條件上、下游水池(庫)；水泵的全特性曲線 ：通常采用瑞士學(xué)者Suter根據(jù)泵的相似準(zhǔn)則提出的適用于水錘計算的泵全特性曲線表示方法 ；水泵：水頭平衡方程和機組慣性方程；閥門： 為閥全開、流量為 時的壓力水頭損失； 為閥的無量綱開度 。|)/(20vv

13、HHff0fHRQ Customers satisfaction and more than Customers expectation水柱分離數(shù)學(xué)模型水柱分離數(shù)學(xué)模型水泵電力中斷后，在出水管道中將首先產(chǎn)生壓力降低。如果輸水管道很長，水泵機組的轉(zhuǎn)動慣量很小，或者管道的縱剖面有凸部，則管道中的這種壓力降低有可能使管中某點的壓力降至水的汽化壓力；若這種壓力降低持續(xù)相當(dāng)長的時間，管道中的水流將因水的汽化和水中空氣的離析而形成汽泡。通常采用常波速集中空穴模型對此類含氣水錘問題進行研究，將蒸汽穴限制在一個固定的計算截面上，認為汽穴使水柱分離，而在壓力升高時，被分離的水柱再度彌合，互相撞擊，形成壓力急驟上

14、升；而對被分離的水柱，則采用固定的水錘波傳播速度進行計算。 Customers satisfaction and more than Customers expectation泵站工程往往由于規(guī)劃設(shè)計考慮不周或因不合理的操作，導(dǎo)致水錘事故的發(fā)生，造成重大損失。另一方面，由于擔(dān)心發(fā)生水錘事故，設(shè)計時往往采用較大的管壁厚度和安全系數(shù)，增大工程投資，或者，盲目選用水錘防護措施，不僅造成浪費，有時甚至起到相反的作用。因此，如何選擇合理的防護措施，控制最大升壓和最大降壓，并使防護措施經(jīng)濟、安全、可靠，是確保系統(tǒng)安全、節(jié)約工程投資和泵站優(yōu)化設(shè)計的重要課題。 Customers satisfaction a

15、nd more than Customers expectation目前常用的防護措施主要可以歸納為以下幾種類型：（1）補水（補氣）穩(wěn)壓，防止水柱分離及其再彌合現(xiàn)象的發(fā)生。屬于這種類型的主要有：簡單調(diào)壓塔、單向調(diào)壓塔、空氣閥、空氣罐；（2）閥門防護。泵站中常用的閥門有緩閉式止回閥、兩階段關(guān)閉液控蝶閥等；（3）泄水降壓型。屬于這種類型的主要有：設(shè)置旁通管、取消止回閥、停泵水錘消除器、防爆膜等；（4）增大機組慣性，防止停泵時壓力的急劇下降。 Customers satisfaction and more than Customers expectation水錘防護方法水錘防護方法 Customer

16、s satisfaction and more than Customers expectation公司產(chǎn)品介紹公司產(chǎn)品介紹 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的應(yīng)用多功能水泵控制閥的應(yīng)用 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的功能多功能水泵控制閥的功能多功能水泵控制閥是一種新型的水力控制閥門，一閥可同時替代現(xiàn)行水泵壓水管上的電動蝶（閘）閥、單向閥和水錘消除器，并能自動實現(xiàn)開泵時的緩開（準(zhǔn)軟啟動），停泵

17、時的速閉/緩閉，基本上可以實現(xiàn)現(xiàn)行液控緩閉閥的功能，即兩階段關(guān)閥過程，有效地防止水錘事故的產(chǎn)生，但它無任何電氣控制動力或外力油壓系統(tǒng)。在閥體設(shè)計上還采用了寬閥體流線型設(shè)計，有效地降低了水流阻力。 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的圖示多功能水泵控制閥的圖示圖5-1 實物圖圖5-2 結(jié)構(gòu)示意圖 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的用途多功能水泵控制閥的用途安裝在市政、建筑、鋼鐵、冶金、石油、化工、煤氣

18、（天然氣）、食品、醫(yī)藥、電站、核電、水利及灌溉等領(lǐng)域的取水、送水、潛水、污水泵房及石油、化工流體的輸送系統(tǒng)中，融電動閥、止回閥和水錘消除器三種設(shè)備的功能于一體，能有效地提高系統(tǒng)安全可靠性，滿足系統(tǒng)自動化控制要求。 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的特點多功能水泵控制閥的特點安全可靠性高。具有速閉、緩閉以及吸能腔三種消除水錘措施，而且動作完全連鎖，不會產(chǎn)生誤動作。無需操作控制。當(dāng)水泵啟停時，巧妙地利用閥門前后介質(zhì)的壓力變化來控制動力，使閥門自動按照水泵操作規(guī)程的要求進行動作。無需專業(yè)調(diào)試。閥門動作

19、不受水泵揚程及流量變化的影響，適應(yīng)范圍廣?；緹o需維修，壽命長。節(jié)能效果明顯。利用進口端的壓力進入膜片下腔支撐膜片壓板及閥桿的重量，阻力損失小。 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的技術(shù)參數(shù)多功能水泵控制閥的技術(shù)參數(shù)公稱壓力：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.4MPa最低動作壓力：0.05MPa適用介質(zhì)：原水、清水、污水、油品、酸液、堿液適用溫度：080緩閉時間：3120s（可調(diào)節(jié)）水錘峰值：1.3倍水泵出口額定壓力水泵最高反轉(zhuǎn)速度：1.2倍水泵額定轉(zhuǎn)速阻力損失：比旋啟式

20、止回閥減少約31膜片疲勞彎曲：120萬次無破損 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的工作原理多功能水泵控制閥的工作原理（1）停泵狀態(tài)，閥板在出口端及隔膜上腔靜壓作用下完全關(guān)閉。（2）水泵啟動時，進水端水壓從旁通管傳入下腔，主閥板及緩閉閥板在進口端及下腔水壓作用下緩慢開啟。（3）在進水端壓力作用下，閥板上升到最大開口狀態(tài)，開口高度由流量決定。（4）停泵瞬間，流量及壓力突然降低，主閥板在重力作用下開始向下滑落。（5）當(dāng)流量接近于零時，主閥板關(guān)閉；主閥板上留有泄流孔以減弱水錘沖擊力；主閥板上、下形成壓力

21、差，閥門出口水壓從旁通管進入上腔推動膜片壓板，使下腔水排入閥門進口，緩閉閥板開始緩閉。（6）緩閉閥板完全關(guān)閉泄流孔，閥門回到停泵初始狀態(tài)。動畫演示動畫演示 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的水錘防護過程多功能水泵控制閥的水錘防護過程水泵啟動前，閥門出口端壓力作用在主閥板上，主閥板處于關(guān)閉位置，同時膜片控制器的上腔連通壓力水，下腔則與閥門進口端的低壓相通。水泵啟動后，閥門進口壓力逐漸升高，同時壓力水通過閥門進口端的連接管緩慢進入膜片控制器下腔，實現(xiàn)主閥板的緩慢開啟，開啟速度可通過控制閥進行調(diào)節(jié)。水

22、泵停機時，閥門進口的壓力降低，當(dāng)接近零流量時，主閥板在自身重力作用下迅速關(guān)閉。因閥門進口端壓力降低，閥門出口端的壓力水通過連接管進入膜片控制器上腔，下腔水通過閥門進口端的連接管壓回至閥門進口端，緩閉閥板緩慢關(guān)閉，慢關(guān)時間可通過控制閥進行調(diào)節(jié)。主閥板的速閉和緩閉閥板的緩閉符合給水系統(tǒng)的兩階段關(guān)閉規(guī)律，因此能有效地削減水錘壓力峰值。 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化多功能水泵控制閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖5-3 Customers satisfaction and more than Customer

23、s expectation多功能水泵控制閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化多功能水泵控制閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖5-4 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制閥的安裝圖示多功能水泵控制閥的安裝圖示 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸安裝圖示結(jié)構(gòu)尺寸見附表見附表見附表見附表 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥的應(yīng)用安全泄壓閥的應(yīng)用 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥（持壓安

24、全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的圖示泄壓閥）的圖示圖5-5 實物圖圖5-6 結(jié)構(gòu)示意圖 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥（持壓安全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的用途泄壓閥）的用途用于給排水、建筑、石油、化工、煤氣（天然氣）、食品、醫(yī)藥、電站、核電等領(lǐng)域的管路中，可對壓力波快速反應(yīng)和快速釋放，防止壓力急劇增高而損壞管線及設(shè)備，特別適用于高層樓房消防系統(tǒng)泄壓，并可用于保障主閥上游供水壓力。 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全

25、泄壓閥（持壓安全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的特點泄壓閥）的特點準(zhǔn)確且保持不變的安全穩(wěn)定壓力，一旦超壓，泄壓閥能充分打開及時泄壓。關(guān)閉速度可調(diào)，消除壓力波動。隔膜傳動機構(gòu)將操作滯后現(xiàn)象減小到最小。它可安裝在任何位置，不需改變壓力設(shè)定值或從管路上拆除就可進行維修和檢查。 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥（持壓安全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的技術(shù)參數(shù)泄壓閥）的技術(shù)參數(shù)公稱壓力：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa調(diào)壓范圍：PN1.0MPa調(diào)節(jié)范圍0.30.9MPaPN1.6MPa調(diào)節(jié)范圍0

26、.51.4MPaPN2.5MPa調(diào)節(jié)范圍0.52.4MPa PN4.0MPa調(diào)節(jié)范圍1.03.5MPa啟閉動作壓力：0.05MPa適用介質(zhì)：原水、清水適用溫度：080 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥（持壓安全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的工作原理泄壓閥）的工作原理動畫演示動畫演示 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄壓閥（持壓安全泄壓閥（持壓/ /泄壓閥）的安裝圖示泄壓閥）的安裝圖示 結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸安裝圖示結(jié)構(gòu)尺寸

27、見附表見附表圖5-7 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的應(yīng)用復(fù)合式排氣閥的應(yīng)用 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的圖示復(fù)合式排氣閥的圖示圖5-8 實物圖圖5-9 結(jié)構(gòu)示意圖 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的用途復(fù)合式排氣閥的用途用于水泵出口及給水、排水管線中，具有自動排氣與自動補氣的功能，提高輸水管路的排送效

28、率，降低排送成本。一旦管道內(nèi)產(chǎn)生負壓，迅速導(dǎo)入外界空氣，保護管線免受負壓破壞；并可迅速排出管道中的空氣。 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的特點復(fù)合式排氣閥的特點密封可靠，特殊密封設(shè)計；自動排氣與自動補氣，無須人去操作；具有三種功能：（1）排出管道中的大量空氣；（2）系統(tǒng)運行中的小量排氣；（3）高速導(dǎo)入外界空氣；經(jīng)久耐用。小浮球按固定軌跡運動，不會碰撞殼體；關(guān)閉力大，較其它排氣閥增加了配重加大了關(guān)閉力；較其它種類的排氣閥的高度尺寸小，（其它排氣閥為閥蓋中央排氣）；不會有壓力水沖刷浮球，引起浮球的誤動

29、關(guān)閉。 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的技術(shù)參數(shù)復(fù)合式排氣閥的技術(shù)參數(shù)公稱壓力：1.02.5MPa；適用介質(zhì)：清水、污水、原水；介質(zhì)溫度：080 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的工作原理復(fù)合式排氣閥的工作原理（1）水泵起動過程中，閥體內(nèi)未充滿水時，閥體內(nèi)的浮球因自重而下落，氣孔處于開敞狀態(tài)；隨著泵工作揚程的升高，管道充水，浮球浮起，管道中的空氣排出。（2）管道及閥體內(nèi)空氣全部排除，閥體內(nèi)充滿水；若管中

30、壓力高于大氣壓，浮球在管中壓力的作用下阻塞排氣孔，管中水不會排出閥體外。（3）水泵在運行過程中，如溶于水的空氣離析出來，積蓄在空氣閥附近，則浮球因失去浮力而下落。若氣量較少，則小孔的浮球下落排氣，若氣量較多，則大孔的浮球下落排氣。排氣完畢，浮球恢復(fù)到關(guān)閉排氣孔的位置。 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的工作原理復(fù)合式排氣閥的工作原理（4）事故停泵后，管中壓力降低形成負壓時，盡管閥體內(nèi)充滿水，但由于閥內(nèi)壓力低于大氣壓，在大氣壓與管中壓力之差的作用下，浮球下落，進行補氣。補氣過程中，大孔的浮球先下落，當(dāng)

31、壓力降低較大時，隨即小孔的浮球下落。由于兩個浮球的下落時間不同，緩沖了管道中的壓力波動。（5）當(dāng)水泵進入制動耗能工況時，管中壓力增加，水流開始倒流，浮球浮起，進行排氣，直至空氣閥內(nèi)充滿水，關(guān)閉排氣孔。關(guān)閉過程中，由于大小排氣孔的壓力作用不同，大孔的浮球先頂起關(guān)閉，然后再關(guān)閉小孔，延緩關(guān)閉過程，緩和水柱再彌合時的壓力上升。 Customers satisfaction and more than Customers expectation復(fù)合式排氣閥的結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)合式排氣閥的結(jié)構(gòu)尺寸 見附表見附表 Customers satisfaction and more than Customers expectation實例實例 多功能水泵控制閥在山三黃金島的應(yīng)用取得了較大成功。運行工況運行工況：兩臺泵并聯(lián)運行、三臺泵并聯(lián)運行以及水泵突然失電。 Customers satisfaction and more than Customers expectatio