Czym jest uderzenie wodne?
Uderzenie hydrauliczne występuje, gdy następuje nagła awaria zasilania lub gdy zawór jest zbyt szybko zamykany. Z powodu bezwładności ciśnienia wody powstaje fala uderzeniowa, podobna do uderzenia młota, dlatego zjawisko to nazywa się uderzeniem wodnym. Siła generowana przez fale uderzeniowe przepływającej wody, czasami tak duża, może uszkodzić zawory i pompy.
Gdy otwarty zawór zostaje nagle zamknięty, woda przepływa przez zawór i ściankę rury, wytwarzając ciśnienie. Ze względu na gładką ściankę rury, przepływ wody szybko osiąga maksimum pod wpływem bezwładności i powoduje uszkodzenia. Jest to tzw. „uderzenie hydrauliczne” w mechanice płynów, czyli dodatnie uderzenie wodne. Czynnik ten należy uwzględnić przy budowie rurociągów wodociągowych.
Wręcz przeciwnie, nagłe otwarcie zamkniętego zaworu powoduje również powstanie uderzenia hydraulicznego, zwanego uderzeniem hydraulicznym ujemnym. Ma on również pewną siłę niszczącą, ale nie jest tak silny. Nagłe zaniknięcie lub uruchomienie elektrycznej pompy wodnej powoduje również uderzenie hydrauliczne. Fala uderzeniowa tego ciśnienia rozprzestrzenia się wzdłuż rurociągu, co może łatwo doprowadzić do lokalnego nadciśnienia w rurociągu, a w rezultacie do jego pęknięcia i uszkodzenia urządzeń. Dlatego też ochrona przed uderzeniem hydraulicznym stała się jedną z kluczowych technologii w inżynierii wodociągowej.
Warunki wystąpienia uderzenia wodnego
1. Zawór nagle się otwiera lub zamyka;
2. Pompa wodna nagle się zatrzymuje lub uruchamia;
3. Doprowadzenie wody jedną rurą do miejsc położonych wysoko (różnica wysokości terenu, na którym sieć wodociągowa jest doprowadzana, przekracza 20 metrów);
4. Całkowita wysokość podnoszenia (lub ciśnienie robocze) pompy jest duża;
5. Prędkość wody w wodociągu jest zbyt duża;
6. Rurociąg jest zbyt długi, a teren jest bardzo zróżnicowany.
Niebezpieczeństwa związane z uderzeniem wodnym
Wzrost ciśnienia spowodowany uderzeniem hydraulicznym może osiągnąć kilkukrotnie, a nawet kilkadziesiąt razy, normalne ciśnienie robocze rurociągu. Tak duże wahania ciśnienia powodują szkody w systemie rurociągowym, głównie w następujących obszarach:
1. Spowodować silne drgania rurociągu i rozłączenie połączenia rurociągu;
2. Zawór jest uszkodzony, a ciśnienie jest zbyt wysokie, aby spowodować pęknięcie rury, a ciśnienie w sieci wodociągowej jest obniżone;
3. Z drugiej strony, jeśli ciśnienie będzie za niskie, rura ulegnie zapadnięciu, a zawór i elementy mocujące ulegną uszkodzeniu;
4. Spowodować cofnięcie się pompy wodnej, uszkodzenie sprzętu lub rurociągów w pomieszczeniu pomp, poważne zanurzenie pomieszczenia pomp, spowodować ofiary śmiertelne i inne poważne wypadki, a także wpłynąć na produkcję i życie.
Środki ochronne mające na celu wyeliminowanie lub złagodzenie uderzenia wodnego
Istnieje wiele środków ochronnych przed uderzeniem wodnym, jednak należy podjąć różne kroki w zależności od możliwych przyczyn uderzenia wodnego.
1. Zmniejszenie natężenia przepływu w rurociągu wodociągowym może w pewnym stopniu zmniejszyć ciśnienie uderzenia hydraulicznego, ale zwiększy średnicę rurociągu i zwiększy nakłady inwestycyjne. Podczas układania rurociągów wodociągowych należy unikać garbów lub drastycznych zmian nachylenia. Wielkość uderzenia hydraulicznego po zatrzymaniu pompy zależy głównie od wysokości podnoszenia w pomieszczeniu pompowni. Im wyższa wysokość podnoszenia, tym większe uderzenie hydrauliczne po zatrzymaniu pompy. Dlatego należy dobrać rozsądną wysokość podnoszenia pompy, dostosowaną do lokalnych warunków. Po zatrzymaniu pompy w razie wypadku, przed jej uruchomieniem należy odczekać, aż rurociąg za zaworem zwrotnym zostanie napełniony wodą. Nie należy całkowicie otwierać zaworu wylotowego pompy wodnej podczas jej uruchamiania, w przeciwnym razie nastąpi silny atak wody. Większość poważnych wypadków z uderzeniem hydraulicznym w wielu przepompowniach ma miejsce w takich okolicznościach.
2. Zamontuj urządzenie eliminujące uderzenie wodne
(1) Wykorzystując technologię kontroli stałego ciśnienia:
Ponieważ ciśnienie w sieci wodociągowej zmienia się w sposób ciągły wraz ze zmianą warunków pracy, podczas pracy systemu często występuje niskie lub wysokie ciśnienie, co sprzyja powstawaniu uderzeń hydraulicznych, powodujących uszkodzenia rur i urządzeń. Do kontroli ciśnienia w sieci wodociągowej zastosowano automatyczny system sterowania. Wykrywanie, sterowanie sprzężeniem zwrotnym, uruchamianie, zatrzymywanie i regulacja prędkości pompy wodnej, kontroluje przepływ, a następnie utrzymuje ciśnienie na określonym poziomie. Ciśnienie wody zasilającej pompę można regulować za pomocą mikrokomputera, aby utrzymać stałe ciśnienie wody i uniknąć nadmiernych wahań ciśnienia. Ryzyko wystąpienia uderzeń hydraulicznych jest zmniejszone.
(2) Zamontuj eliminator uderzeń wodnych
To urządzenie zapobiega głównie uderzeniom hydraulicznym podczas zatrzymania pompy. Zazwyczaj jest instalowane w pobliżu rury wylotowej pompy wodnej. Wykorzystuje ciśnienie w samej rurze jako siłę napędową do automatycznego działania w przypadku niskiego ciśnienia, tzn. gdy ciśnienie w rurze spadnie poniżej ustawionej wartości zabezpieczenia, spust automatycznie się otworzy i wypuści wodę. Zawór upustowy ciśnienia równoważy ciśnienie w lokalnych rurociągach i zapobiega oddziaływaniu uderzeń hydraulicznych na urządzenia i rurociągi. Zasadniczo eliminatory można podzielić na dwa typy: mechaniczne i hydrauliczne.
3) Zamontuj zawór zwrotny z wolnym zamykaniem na rurze wylotowej pompy wodnej dużego kalibru
Może skutecznie wyeliminować uderzenie hydrauliczne po zatrzymaniu pompy, ale ponieważ po uruchomieniu zaworu występuje pewna ilość wody wstecznej, studnia ssawna musi mieć rurę przelewową. Istnieją dwa rodzaje zaworów zwrotnych wolno zamykających: typu młotkowego i typu magazynującego energię. Ten rodzaj zaworu może regulować czas zamykania zaworu w określonym zakresie, w zależności od potrzeb. Zazwyczaj 70% do 80% zaworu jest zamknięte w ciągu 3 do 7 sekund po awarii zasilania, a czas zamykania pozostałych 20% do 30% jest regulowany w zależności od stanu pompy wodnej i rurociągu, zazwyczaj w zakresie od 10 do 30 sekund. Warto zauważyć, że zawór zwrotny wolno zamykający jest bardzo skuteczny, gdy w rurociągu występuje garb, który może zniwelować uderzenie hydrauliczne.
(4) Zbuduj jednokierunkową wieżę przeciwprzepięciową
Jest ona budowana w pobliżu stacji pomp lub w odpowiednim miejscu rurociągu, a wysokość jednokierunkowej wieży przeciwpowodziowej jest niższa niż ciśnienie w rurociągu. Gdy ciśnienie w rurociągu jest niższe niż poziom wody w wieży, wieża przeciwpowodziowa dostarcza wodę do rurociągu, aby zapobiec przerwaniu słupa wody i uderzeniu hydraulicznemu. Jednakże jej działanie dekompresyjne na uderzenia hydrauliczne inne niż uderzenie hydrauliczne zatrzymujące pompę, takie jak uderzenie hydrauliczne zamykające zawór, jest ograniczone. Ponadto, działanie zaworu jednokierunkowego stosowanego w jednokierunkowej wieży przeciwpowodziowej musi być absolutnie niezawodne. Awaria zaworu może doprowadzić do poważnych awarii.
(5) Zamontuj rurę obejściową (zawór) w stacji pomp
Gdy układ pompowy pracuje normalnie, zawór zwrotny jest zamknięty, ponieważ ciśnienie wody po stronie ciśnieniowej pompy jest wyższe niż ciśnienie wody po stronie ssawnej. Gdy awaria zasilania nagle zatrzyma pompę, ciśnienie na wylocie przepompowni gwałtownie spada, podczas gdy ciśnienie po stronie ssawnej gwałtownie rośnie. Pod wpływem tej różnicy ciśnień, przejściowa woda o wysokim ciśnieniu w głównym przewodzie ssawnym wody jest przejściową wodą o niskim ciśnieniu, która wypycha płytkę zaworu zwrotnego i przepływa do głównego przewodu ciśnieniowego wody, zwiększając tam niskie ciśnienie wody; z drugiej strony, pompa wodna. Zwiększenie uderzenia wodnego po stronie ssawnej jest również zmniejszone. W ten sposób kontrolowany jest wzrost i spadek uderzenia wodnego po obu stronach przepompowni, co skutecznie zmniejsza i zapobiega zagrożeniom uderzenia wodnego
(6) Zestaw zaworu zwrotnego wielostopniowego
W dłuższym rurociągu wodnym dodaj jeden lub więcej zaworów zwrotnych, podziel rurociąg na kilka odcinków i zamontuj zawór zwrotny na każdym odcinku. Gdy woda w rurociągu cofa się podczas uderzenia hydraulicznego, zawory zwrotne są zamykane jeden po drugim, aby podzielić przepływ wsteczny na kilka odcinków. Ponieważ wysokość ciśnienia hydrostatycznego w każdym odcinku rurociągu wodnego (lub odcinku przepływu wstecznego) jest dość mała, przepływ wody ulega zmniejszeniu. Wzmocnienie młota. Ten środek ochronny może być skutecznie stosowany w sytuacjach, gdy różnica wysokości geometrycznej wody zasilającej jest duża; nie eliminuje on jednak możliwości separacji słupa wody. Jego największą wadą jest: wzrost zużycia energii przez pompę wodną podczas normalnej pracy i wzrost kosztów zaopatrzenia w wodę.
(7) W celu zmniejszenia wpływu uderzeń hydraulicznych na rurociąg, w najwyższym punkcie rurociągu montuje się automatyczne urządzenia wyciągowe i doprowadzające powietrze.
Czas publikacji: 23-11-2022