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消除水锤,保护泵系统(1)

发布时间2019-10-21人气:52

消除水锤,保护泵系统


“水锤”一词用于描述管道系统内的压力波动。水锤有多种机制和触发器,对特定安装中导致现象的原因有清楚的了解是确定正确解决方案的关键。

发生水锤现象的原因之一是,泵系统中液柱的前缘遇到堵塞,例如阀门突然关闭。发生这种情况时,前缘的水流会立即停止,但后面的流体仍在移动并开始压缩。

由于这种压缩,即使前缘处的水已停止移动,仍有少量流体继续进入管道。当水压缩时,系统中水的动能转化为压力能。

该压力能量无法继续通过系统中的阻塞。取而代之的是,管道中水压缩产生的压力波将向上游传播。

水锤的另一个主要原因是水柱分离和关闭。当管道系统中的液态水柱被分离并随后再次关闭,从而产生破坏性的冲击波时,就会发生这种情况。这可以发生在两相系统中,在该系统中水会改变状态,并且可以在相同的密闭空间中以液体和蒸气的形式存在。


每当管道中的压力降低到水蒸气压力时,就会发生这种“相变”(液态水到水蒸气)。

水锤的各种原因有许多触发因素。泵的启动和停止会导致水锤通过这两种机制。

此外,在启动或停止过程中,流量和系统压力的快速变化会导致止回阀突然关闭,而流量方向的变化则会引起水柱分离。

不管原因如何,由水锤现象产生的压力增加都可能对任何无法承受压力的系统造成重大损害,从而导致管道爆裂,阀门损坏等等。

计算伤害

可以使用公式1计算水锤的潜在破坏力。例如,以10英尺/秒(ft / s)的流速泵水。



(附加) = aV / 2.31g 
公式1

其中:
P =系统中产生的附加压力
a = 4,860 ft / s(压力波的速度)
V =管道中流动的水的速度(ft / s)
g =万有引力常数(大约32 ft / s2 )


管道中的阀门会立即关闭(水锤的主要原因之一),从而停止系统中的水流。

使用公式P (附加) = aV /2.31g,很明显在管道内会产生每平方英寸(psi)额外的657磅压力。如果系统的设计不能应对额外的压力,则可能会对阀门,管道和/或泵造成严重损坏。

寻找解决方案

解决水锤问题需要减轻其影响或防止其发生。设计泵系统时,有许多解决方案要考虑。

压力罐,调压室或类似的蓄压器可用于吸收压力波动,它们是对抗水锤的有用工具。

但是,防止压力激增通常是更好的策略。

控制阀门关闭时间是一种解决方案。如前所述,突然关闭阀门是造成水锤的主要原因之一。在抽水系统中发挥作用的许多变量中,阀门关闭时间会显着影响损坏水锤的可能性。这是操作员可以直接控制的一个因素。

公式2显示了阀门关闭时间与水锤压力波动幅度之间的关系。


P = 0.07(VL / t)
公式2

其中:
t =阀门关闭时间(以秒为单位)
L =挡板之间的管道长度(以英尺为单位)
V =流速(以英尺/秒为单位)


阀门关闭所产生的额外压力与阀门关闭时间成反比。也就是说,阀门关闭的速度越慢,压力增加的意义就越小。

通过仔细考虑最终用户控制范围内的变量(关闭时间和流速),可以显着降低水锤的发生率和强度。

可以手动或通过电动阀来控制阀门的关闭。

泵启动和停止期间的电子速度控制是另一种可能的解决方案。电子马达控制设备(例如软起动器和变速驱动器(VSD))可用于在启动和停止期间控制泵的速度。这允许逐渐增加或降低泵速(因此,流量和扬程/压力),以防止水柱分离,流量反向和单向阀突然关闭。

泵的受控启动和停止还具有其他优势,包括减少系统上的机械应力以及由直接在线(DOL),跨线(ATL)和机电启动引起的机械应力。这样可以减少维护并延长使用寿命。此外,软启动器和VSD可以提供一系列高级电动机和系统保护功能以及监视和控制选项。

这些受控的启动和停止方法提供的可能的保护示例包括:


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