水錘原因與消除
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發布時間：2023-08-18
在泵房及管道系統安裝完畢，往往會發現在系統運行時，當在停泵、停電的一剎那，管道系統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，但有的卻很嚴重，更甚者會產生嚴重的質量事故，例如：閥門閥瓣、水泵葉片、管道系統等被水擊擊碎、擊破，這種破壞就是水錘導致的。
水錘是在突然停電或者在閥門關閉太快時，由于壓力水流的慣性，產生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣，所以叫水錘。水流沖擊波來回產生的力，有時會很大，從而破壞閥門和水泵。“水錘效應”是指在水管內部，管內壁光滑，水流動自如。當打開的閥門突然關閉，水流對閥門及管壁，主要是閥門會產生一個壓力。由于管壁光滑，后續水流在慣性的作用下，迅速達到最大，并產生破壞作用，這就是流體力學當中的“水錘效應”，也就是正水錘。在供水管道建設中都要考慮這一因素。相反，關閉的閥門在突然打開后，也會產生水錘，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。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、損壞設備等，故水錘效應防護成為供水工程關鍵性的工藝技術之一。
水錘產生的原因：
1、閥門突然開啟或關閉；
2、水泵機組突然停車或開啟；
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。
水錘的危害
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，對管路系統造成的危害主要有以下幾點：
1. 引起管道強烈振動，管道接頭斷開；
2. 破壞閥門，嚴重的壓強過高造成管道爆管，供水管網壓力降低；
3. 反之，壓強過低又會導致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件；
4. 引起水泵反轉，破壞泵房內設備或管道，嚴重的造成泵房淹沒，造成人身傷亡等重大事故，影響生產和生活。
消除或減輕水錘的措施：
對于水錘的防護措施很多，但需根據水錘可能產生的原因，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。輸水管線布置時應考慮盡量避免出現駝峰或坡度劇變。
2. 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。
3. 停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚程有關，幾何揚程愈高，停泵水錘值也愈大。因此，應根據當地實際情況選用合理的水泵揚程。
4. 事故停泵后，應待止回閥后管道充滿水再啟動水泵。
5. 啟泵時水泵出口閥門不要全開，否則會產生很大的水沖擊。很多泵站的重大水錘事故多在這種情況下產生。
設置水錘消除裝置
1）采用恒壓控制技術：
采用PLC自動控制系統，對機泵進行變頻調速控制，對整個供水泵房系統操作實行自動控制。由于供水管網壓力隨著工況的變化而不斷變化，系統運行過程中經常出現低壓或超壓現象，容易產生水錘，導致對管道和設備的破壞，采用PLC自動控制系統，通過對管網壓力的檢測，反饋控制水泵的開、停和轉速調節，控制流量，進而使壓力維持一定水平，可以通過控制微機設定機泵供水壓力，保持恒壓供水，避免了過大的壓力波動，使產生水錘的概率減小。
2）安裝水錘消除器
該設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低壓自動動作，即當管道中的壓力低于設定保護值時，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，液壓式消除器可自動復位。
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。這種閥門可以根據需要在一定范圍內對閥門關閉時間進行調整。一般在停電后3～7 s內閥門關閉70％～80％，剩余20％～30％的關閉時間則根據水泵和管路的情況調節，一般在10～30 s范圍。值得注意的是，當管路中存在駝峰而發生彌合水錘時，緩閉止回閥的作用就十分有限.
4）設置單向調壓塔
在泵站附近或管道的適當位置修建，單向調壓塔的高度低于該處的管道壓力。當管道內壓力低于塔內水位時，調壓塔向管道補水，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閥水錘的降壓作用有限。此外單向調壓塔采用的單向閥的性能要絕對可靠，一旦該閥門失靈，可能導致發生較大的水錘。
5）在泵站內設置旁通管（閥）
在泵系統正常運行時，由于水泵壓水側水壓高于吸水側的水壓，止回閥關閉。當事故斷電突然停泵后，水泵站出口處壓力急劇降低，而吸水側壓力則猛升。在此差壓下，吸水總管中的瞬態高壓水即推開止回閥閥板流向壓水總管的瞬態低壓水，并使該處低水壓有所升高；另一方面，使水泵吸水側的水錘升壓也得到降低。這樣一來，水泵站兩側的水錘升、降壓都得到控制，從而有效地減少和防止了水錘危害。
6）設置多級止回閥
在較長的輸水管路中，增設一個或多個止回閥，把輸水管劃分成幾段，每段上均設止回閥。當水錘過程中輸水管中水倒流時，各止回閥相繼關閉把回沖水流分成數段，由于每段輸水管（或回沖水流段）內靜水壓頭相當小，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。
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