1/Koncepcja

Uderzenie wodne nazywane jest również uderzeniem wodnym. Podczas transportu wody (lub innych cieczy) w wyniku nagłego otwarcia lub zamknięciaZawór motylkowy API, zawory zasuwowe, sprawdź zawory izawory kuloweNagłe zatrzymanie pomp wodnych, nagłe otwarcie i zamknięcie łopatek kierowniczych itp. powoduje nagłą zmianę natężenia przepływu i znaczne wahania ciśnienia. Efekt uderzenia hydraulicznego to termin obrazowy. Odnosi się on do silnego uderzenia hydraulicznego spowodowanego uderzeniem strumienia wody w rurociąg podczas uruchamiania i zatrzymywania pompy wodnej. Ponieważ wewnątrz rury wodnej wewnętrzna ścianka rury jest gładka, a woda przepływa swobodnie. Gdy otwarty zawór zostanie nagle zamknięty lub pompa zasilająca zostanie zatrzymana, przepływ wody wytworzy ciśnienie na zawór i ściankę rury, głównie na zawór lub pompę. Ponieważ ścianka rury jest gładka, pod wpływem bezwładności następującego po niej przepływu wody, siła hydrauliczna szybko osiąga maksimum i wywołuje skutki destrukcyjne. To jest „efekt uderzenia hydraulicznego” w hydraulice, czyli dodatnie uderzenie wodne. Z kolei, gdy zamknięty zawór zostanie nagle otwarty lub pompa wodna zostanie uruchomiona, również wystąpi uderzenie hydrauliczne, które nazywa się ujemnym uderzeniem wodnym, ale nie jest ono tak silne. Uderzenie ciśnienia powoduje naprężenie ścianki rury i wytwarza hałas, podobny do tego, jaki powstaje, gdy młotek uderza w rurę. Zjawisko to nazywa się efektem uderzenia wodnego.

2/Zagrożenia

Ciśnienie chwilowe generowane przez uderzenie hydrauliczne może sięgać dziesiątek, a nawet setek razy powyżej normalnego ciśnienia roboczego w rurociągu. Tak duże wahania ciśnienia mogą powodować silne wibracje lub hałas w rurociągu oraz uszkodzenia złączy zaworów. Ma to bardzo szkodliwy wpływ na rurociąg. Aby zapobiec uderzeniom hydraulicznym, rurociąg musi być prawidłowo zaprojektowany, aby zapobiec zbyt dużemu natężeniu przepływu. Zasadniczo projektowane natężenie przepływu w rurociągu powinno być mniejsze niż 3 m/s, a prędkość otwierania i zamykania zaworów musi być kontrolowana.
Ponieważ pompa jest uruchamiana i zatrzymywana, a zawory otwierane i zamykane zbyt szybko, prędkość wody zmienia się drastycznie, zwłaszcza uderzenie hydrauliczne spowodowane nagłym zatrzymaniem pompy, które może uszkodzić rurociągi, pompy wodne i zawory, a także spowodować cofnięcie się pompy wodnej i obniżenie ciśnienia w sieci rurociągów. Efekt uderzenia wodnego jest niezwykle destrukcyjny: jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie, spowoduje pęknięcie rury. Z kolei, jeśli ciśnienie jest zbyt niskie, spowoduje zapadnięcie się rury i uszkodzenie zaworów i mocowań. W bardzo krótkim czasie natężenie przepływu wody wzrasta od zera do znamionowego natężenia przepływu. Ponieważ płyny mają energię kinetyczną i pewien stopień ściśliwości, ogromne zmiany natężenia przepływu w bardzo krótkim czasie spowodują wpływ wysokiego i niskiego ciśnienia na rurociąg.

3/generuj

Istnieje wiele przyczyn uderzenia hydraulicznego. Najczęstsze z nich to:

1. Zawór nagle się otwiera lub zamyka;

2. Pompa wodna nagle się zatrzymuje lub uruchamia;

3. Pojedyncza rura transportuje wodę na wysokość (różnica wysokości terenu zaopatrzenia w wodę przekracza 20 metrów);

4. Całkowita wysokość podnoszenia (lub ciśnienie robocze) pompy wodnej jest duża;

5. Prędkość przepływu wody w wodociągu jest zbyt duża;

6. Rurociąg jest zbyt długi, a teren jest bardzo zróżnicowany.
7. Nieprawidłowa konstrukcja stanowi ukryte zagrożenie w projektach budowy rurociągów wodociągowych
(1) Przykładowo produkcja cementowych filarów oporowych do trójników, kolanek, redukcji i innych połączeń nie spełnia wymagań.
Zgodnie z „Przepisami technicznymi dla podziemnych sztywnych rurociągów wodociągowych z polichlorku winylu”, cementowe pale oporowe powinny być instalowane na połączeniach, takich jak trójniki, kolanka, redukcje i inne rury o średnicy ≥110 mm, aby zapobiec przesuwaniu się rurociągu. „Betonowe pale oporowe” Nie powinny być niższe niż klasa C15 i powinny być wykonane na miejscu, na wykopanym fundamencie z pierwotnego gruntu i nachyleniu wykopu. Niektóre ekipy budowlane nie przywiązują wystarczającej wagi do roli pale oporowe. Wbijają drewniany pal lub klin w żelazny ząb obok rurociągu, aby pełnił on funkcję pale oporowe. Czasami objętość pale cementowej jest zbyt mała lub nie jest wylewana na pierwotny grunt. Z drugiej strony, niektóre pale oporowe nie są wystarczająco wytrzymałe. W rezultacie, podczas eksploatacji rurociągu pale oporowe nie mogą działać i stają się bezużyteczne, powodując rozbieżność i uszkodzenie kształtek rurowych, takich jak trójniki i kolanka.
(2) Zawór wydechowy automatyczny nie jest zamontowany lub jego położenie montażowe jest nieuzasadnione.
Zgodnie z zasadami hydrauliki, automatyczne zawory spustowe powinny być projektowane i instalowane w najwyższych punktach rurociągów na terenach górskich lub pagórkowatych o dużym nachyleniu. Nawet na terenach płaskich o niewielkim nachyleniu, rurociągi muszą być sztucznie projektowane podczas kopania rowów. Występują wzniesienia i spadki, wznoszące się lub opadające cyklicznie, o nachyleniu nie mniejszym niż 1/500, a w najwyższym punkcie na każdym kilometrze projektuje się 1-2 zawory spustowe.
Ponieważ podczas transportu wody w rurociągu, gaz w rurociągu ulatnia się i gromadzi w podniesionych częściach rurociągu, powodując nawet tworzenie się zatorów powietrznych. Gdy natężenie przepływu wody w rurociągu ulega wahaniom, kieszenie powietrzne utworzone w podniesionych częściach będą nadal sprężane i rozprężane, a gaz będzie… Ciśnienie generowane po sprężeniu jest dziesiątki, a nawet setki razy wyższe niż ciśnienie generowane po sprężeniu wody (źródło: Pump Butler). W tym momencie ten odcinek rurociągu z ukrytymi zagrożeniami może prowadzić do następujących sytuacji:
• Po przepłynięciu wody w górę rury, kapiąca woda znika w dół. Dzieje się tak, ponieważ poduszka powietrzna w rurze blokuje przepływ wody, powodując rozwarstwienie słupa wody.
• Sprężony gaz w rurociągu zostaje sprężony do maksymalnego ciśnienia i szybko się rozpręża, co powoduje pęknięcie rurociągu.
• Gdy woda z wysokiego źródła jest transportowana w dół rzeki z określoną prędkością grawitacyjnie, po szybkim zamknięciu zaworu wlotowego, ze względu na bezwładność różnicy wysokości i natężenia przepływu, słup wody w rurze wlotowej nie zatrzymuje się natychmiast. Nadal porusza się z określoną prędkością. Prędkość ta płynie w dół rzeki. W tym momencie w rurociągu tworzy się podciśnienie, ponieważ powietrze nie może zostać uzupełnione na czas, co powoduje, że rurociąg zostaje opróżniony z powietrza pod wpływem podciśnienia i uszkodzony.
(3) Wykop i zasypka nie spełniają wymagań prawnych.
Nieprawidłowo wykonane wykopy często występują w terenach górskich, głównie ze względu na dużą ilość kamieni w niektórych miejscach. Wykopy są kopane ręcznie lub wysadzane materiałami wybuchowymi. Dno wykopu jest bardzo nierówne i wystają z niego ostre kamienie. W takim przypadku, zgodnie z odpowiednimi przepisami, kamienie z dna wykopu należy usunąć, a przed ułożeniem rurociągu należy usypać warstwę piasku o grubości ponad 15 centymetrów. Jednak robotnicy budowlani byli nieodpowiedzialni lub poszli na łatwiznę i ułożyli piasek bezpośrednio, bez usypywania piasku, lub symbolicznie usypali niewielką ilość piasku. Rurociąg jest układany na kamieniach. Po zakończeniu zasypki i uruchomieniu rurociągu, ze względu na ciężar samego rurociągu, pionowe ciśnienie gruntu, obciążenie pojazdu na rurociąg oraz superpozycję grawitacji, rurociąg jest podtrzymywany przez jeden lub kilka ostrych, wystających kamieni na dnie. W przypadku nadmiernej koncentracji naprężeń, rurociąg w tym miejscu najprawdopodobniej ulegnie uszkodzeniu i pęknie wzdłuż linii prostej. Zjawisko to często nazywane jest „efektem wyżłobienia”.​

4/Środki

Istnieje wiele środków zapobiegawczych przed uderzeniem wodnym, jednak należy podjąć różne kroki w zależności od możliwych przyczyn uderzenia wodnego.
1. Zmniejszenie natężenia przepływu w rurociągach wodociągowych może w pewnym stopniu zmniejszyć ciśnienie uderzenia hydraulicznego, ale zwiększy średnicę rurociągów i zwiększy nakłady inwestycyjne. Podczas układania rurociągów wodociągowych należy unikać garbów lub drastycznych zmian nachylenia, aby skrócić długość rurociągu. Im dłuższy rurociąg, tym większa wartość uderzenia hydraulicznego po zatrzymaniu pompy. W przypadku połączenia jednej przepompowni z dwiema przepompowniami, studnia ssąca służy do połączenia obu przepompowni.
Uderzenie wodne przy zatrzymanej pompie

Tak zwane uderzenie hydrauliczne powodujące zatrzymanie pompy odnosi się do zjawiska uderzenia hydraulicznego spowodowanego nagłymi zmianami prędkości przepływu w pompie wodnej i rurociągach ciśnieniowych, gdy zawór jest otwierany i zamykany z powodu nagłego zaniku zasilania lub z innych przyczyn. Na przykład, awaria systemu zasilania lub urządzeń elektrycznych, sporadyczna awaria agregatu pompowego itp. może spowodować otwarcie zaworu i zatrzymanie pompy odśrodkowej, co skutkuje uderzeniem wodnym po zatrzymaniu pompy. Wielkość uderzenia wodnego po zatrzymaniu pompy zależy głównie od wysokości podnoszenia pompy. Im wyższa wysokość podnoszenia, tym większa wartość uderzenia wodnego po zatrzymaniu pompy. Dlatego należy dobrać rozsądną wysokość podnoszenia pompy w oparciu o rzeczywiste warunki lokalne.

Maksymalne ciśnienie uderzenia hydraulicznego po zatrzymaniu pompy może osiągnąć 200% normalnego ciśnienia roboczego, a nawet więcej, co może zniszczyć rurociągi i urządzenia. Zwykłe wypadki powodują „wyciek wody” i przerwy w dostawie wody; poważne wypadki powodują zalanie pompowni, uszkodzenie urządzeń i obiektów, a nawet obrażenia ciała lub śmierć.

Po zatrzymaniu pompy z powodu wypadku, przed jej uruchomieniem należy odczekać, aż rura za zaworem zwrotnym zostanie napełniona wodą. Nie należy całkowicie otwierać zaworu wylotowego pompy podczas uruchamiania, ponieważ może to spowodować silny atak wody. W wielu stacjach pomp często dochodzi do poważnych uderzeń hydraulicznych.

2. Zamontuj urządzenie eliminujące uderzenie wodne
(1) Wykorzystanie technologii sterowania stałym napięciem
System automatycznego sterowania PLC służy do sterowania pompą z regulacją prędkości obrotowej oraz do automatycznego sterowania pracą całego systemu pompowni wody. Ponieważ ciśnienie w sieci wodociągowej stale się zmienia wraz ze zmianami warunków pracy, podczas pracy systemu często występuje niskie lub wysokie ciśnienie, co może łatwo wywołać uderzenie hydrauliczne, prowadzące do uszkodzenia rurociągów i urządzeń. System automatycznego sterowania PLC służy do sterowania siecią wodociągową. Wykrywanie ciśnienia, sterowanie sprzężeniem zwrotnym załączaniem i wyłączaniem pompy wodnej oraz regulacja prędkości obrotowej, kontrola przepływu, a tym samym utrzymanie ciśnienia na określonym poziomie. Ciśnienie wody zasilającej pompę można regulować za pomocą mikrokomputera, aby utrzymać stałe ciśnienie wody i uniknąć nadmiernych wahań ciśnienia. Zmniejsza to prawdopodobieństwo wystąpienia uderzenia hydraulicznego.
(2) Zamontuj eliminator uderzeń wodnych
To urządzenie zapobiega uderzeniom hydraulicznym po zatrzymaniu pompy. Zazwyczaj jest instalowane w pobliżu rury wylotowej pompy wodnej. Wykorzystuje ciśnienie w rurze jako siłę napędową do automatycznego uruchomienia funkcji niskiego ciśnienia. Oznacza to, że gdy ciśnienie w rurze spadnie poniżej ustawionej wartości zabezpieczenia, otwór spustowy automatycznie się otworzy, aby spuścić wodę. Zawór nadmiarowy ciśnienia służy do równoważenia ciśnienia w lokalnych rurociągach i zapobiegania wpływowi uderzenia hydraulicznego na urządzenia i rurociągi. Eliminatory można podzielić na dwa typy: mechaniczne i hydrauliczne. Eliminatory mechaniczne są ręcznie przywracane do działania po zadziałaniu, natomiast eliminatory hydrauliczne mogą być resetowane automatycznie.
(3) Zamontuj zawór zwrotny o powolnym zamykaniu na rurze wylotowej pompy wodnej o dużej średnicy.

Może skutecznie wyeliminować uderzenie wodne, gdy pompa jest zatrzymana, ale ponieważ pewna ilość wody cofnie się, gdyAPI 609Po uruchomieniu zaworu, studnia ssąca wodę musi posiadać rurę przelewową. Istnieją dwa rodzaje zaworów zwrotnych wolno zamykających: typu młotkowego i typu magazynującego energię. Ten typ zaworu może regulować czas zamykania zaworu w określonym zakresie, w zależności od potrzeb (zapraszamy do śledzenia: Pump Butler). Zazwyczaj zawór zamyka się w 70% do 80% w ciągu 3 do 7 sekund po zaniku zasilania. Pozostałe 20% do 30% czasu zamykania jest regulowane w zależności od stanu pompy wodnej i rurociągu, zazwyczaj w zakresie od 10 do 30 sekund. Warto zauważyć, że w przypadku wystąpienia garbu w rurociągu i uderzenia hydraulicznego, rola zaworu zwrotnego wolno zamykającego jest bardzo ograniczona.
(4) Zbuduj wieżę redukującą ciśnienie jednokierunkowe
Jest ona budowana w pobliżu stacji pomp lub w odpowiednim miejscu na rurociągu, a wysokość jednokierunkowej wieży redukującej ciśnienie jest niższa niż ciśnienie w rurociągu. Gdy ciśnienie w rurociągu jest niższe niż poziom wody w wieży, wieża redukująca ciśnienie uzupełnia wodę w rurociągu, aby zapobiec pęknięciu słupa wody i wystąpieniu uderzenia hydraulicznego. Jednakże jej działanie redukujące ciśnienie w przypadku uderzenia hydraulicznego innego niż uderzenie hydrauliczne zatrzymujące pompę, takie jak uderzenie hydrauliczne zamykające zawór, jest ograniczone. Ponadto, działanie zaworu jednokierunkowego stosowanego w jednokierunkowej wieży redukującej ciśnienie musi być absolutnie niezawodne. Awaria zaworu może spowodować silne uderzenie wodne.
(5) Zamontuj rurę obejściową (zawór) w stacji pomp
Gdy układ pompowy działa normalnie, zawór zwrotny jest zamknięty, ponieważ ciśnienie wody po stronie tłocznej pompy jest wyższe niż ciśnienie wody po stronie ssącej. Gdy przypadkowa przerwa w dostawie prądu nagle zatrzyma pompę, ciśnienie na wylocie stacji pomp wodnych gwałtownie spada, podczas gdy ciśnienie po stronie ssącej gwałtownie rośnie. Pod wpływem tej różnicy ciśnień, przejściowa woda o wysokim ciśnieniu w głównym przewodzie ssawnym wody otwiera płytkę zaworu zaworu zwrotnego i przepływa do przejściowej wody o niskim ciśnieniu w głównym przewodzie ciśnieniowym wody, powodując wzrost niskiego ciśnienia wody w tym miejscu; z drugiej strony, pompa wodna Wzrost ciśnienia uderzenia wodnego po stronie ssącej jest również zmniejszony. W ten sposób wzrost i spadek ciśnienia uderzenia wodnego po obu stronach stacji pomp wodnych są kontrolowane, co skutecznie zmniejsza i zapobiega zagrożeniom uderzenia wodnego.
(6) Zamontuj zawór zwrotny wielostopniowy
W długim rurociągu wodnym dodaj jeden lub więcejzawory zwrotnePodziel rurociąg na kilka odcinków i zainstaluj zawór zwrotny na każdym odcinku. Gdy woda w rurze cofa się podczas uderzenia hydraulicznego, każdy zawór zwrotny jest zamykany jeden po drugim, aby podzielić przepływ wsteczny na kilka odcinków. Ponieważ wysokość ciśnienia hydrostatycznego w każdym odcinku rury (lub odcinku przepływu wstecznego) jest dość mała, natężenie przepływu wody ulega zmniejszeniu. Wzmocnienie uderzenia hydraulicznego. Ten środek ochronny może być skutecznie stosowany w sytuacjach, gdy geometryczna różnica wysokości wody w rurociągu jest duża; nie eliminuje on jednak możliwości separacji słupa wody. Jego największą wadą jest: zwiększone zużycie energii przez pompę wodną podczas normalnej pracy i wzrost kosztów zaopatrzenia w wodę.