1/Концепция

Гидравлический удар также называют гидроударом. Он возникает при транспортировке воды (или других жидкостей) из-за внезапного открытия или закрытия крана.Клапан-бабочка API, задвижкипроверьте клапаны ишаровые краныВнезапные остановки водяных насосов, резкое открытие и закрытие направляющих лопаток и т. д. приводят к резкому изменению расхода и значительным колебаниям давления. Эффект гидравлического удара – это яркий термин. Он обозначает сильный гидравлический удар, вызванный воздействием потока воды на трубопровод при запуске и остановке водяного насоса. Поскольку внутренняя стенка трубы гладкая, и вода течет свободно, при внезапном закрытии открытого клапана или остановке водяного насоса поток воды создает давление на клапан и стенку трубы, главным образом на клапан или насос. Из-за гладкости стенки трубы под действием инерции последующего потока воды гидравлическая сила быстро достигает максимума и вызывает разрушительные последствия. Это и есть «эффект гидравлического удара» в гидравлике, то есть положительный гидравлический удар. Напротив, при внезапном открытии закрытого клапана или запуске водяного насоса также возникает гидравлический удар, который называется отрицательным гидравлическим ударом, но он не такой сильный, как первый. Ударное давление вызывает напряжение в стенке трубы и приводит к появлению шума, подобного удару молотка по трубе, поэтому это явление называется гидроударом.

2/Опасности

Мгновенное давление, возникающее при гидроударе, может достигать десятков или даже сотен раз превышающего нормальное рабочее давление в трубопроводе. Такие значительные колебания давления могут вызывать сильную вибрацию или шум в трубопроводной системе и повреждать соединения клапанов. Это оказывает очень разрушительное воздействие на трубопроводную систему. Для предотвращения гидроудара необходимо правильно спроектировать трубопроводную систему, чтобы предотвратить слишком высокий расход. Как правило, расчетный расход в трубе должен быть менее 3 м/с, а скорость открытия и закрытия клапанов должна контролироваться.
Из-за слишком быстрого запуска и остановки насоса, а также открытия и закрытия клапанов скорость потока воды резко меняется, особенно это касается гидравлического удара, вызванного внезапной остановкой насоса. Это может повредить трубопроводы, водяные насосы и клапаны, а также привести к реверсу насоса и снижению давления в трубопроводной сети. Гидравлический удар чрезвычайно разрушителен: если давление слишком высокое, это приведет к разрыву трубы. Напротив, если давление слишком низкое, это приведет к разрушению трубы и повреждению клапанов и крепежных элементов. За очень короткое время расход воды увеличивается от нуля до номинального. Поскольку жидкости обладают кинетической энергией и определенной степенью сжимаемости, огромные изменения расхода за очень короткий промежуток времени вызовут резкие колебания давления в трубопроводе.

3/генерировать

Причин гидроудара много. К наиболее распространенным факторам относятся следующие:

1. Клапан внезапно открывается или закрывается;

2. Насосная установка внезапно останавливается или запускается;

3. Вода по одной трубе поступает на возвышенность (перепад высот в районе водоснабжения превышает 20 метров);

4. Общий напор (или рабочее давление) водяного насоса велик;

5. Скорость потока воды в водопроводе слишком высока;

6. Водопровод слишком длинный, и рельеф местности сильно меняется.
7. Неправильное строительство представляет собой скрытую опасность в проектах по прокладке водопроводных труб.
(1) Например, производство цементных упорных свай для тройников, отводов, переходников и других соединений не соответствует требованиям.
Согласно «Техническим регламентам по проектированию подземных жестких водопроводных трубопроводов из поливинилхлорида», цементные упорные сваи должны устанавливаться в местах соединения таких труб, как тройники, отводы, переходники и другие трубы диаметром ≥110 мм, чтобы предотвратить смещение трубопровода. «Бетонные упорные сваи» должны быть не ниже класса С15 и должны быть отлиты на месте на выкопанном грунтовом основании и откосе траншеи. Некоторые строительные компании не уделяют достаточного внимания роли упорных свай. Они прибивают деревянные колышки или вбивают железные клинья рядом с трубопроводом, чтобы использовать их в качестве упорных свай. Иногда объем цементной сваи слишком мал или она не закладывается на исходный грунт. С другой стороны, некоторые упорные сваи недостаточно прочны. В результате во время эксплуатации трубопровода упорные сваи не могут функционировать и становятся бесполезными, что приводит к смещению и повреждению фитингов, таких как тройники и отводы.
(2) Автоматический выпускной клапан не установлен или его положение установки нецелесообразно.
Согласно принципу гидравлики, в горных районах или холмистой местности с большими перепадами высот на самых высоких точках трубопроводов следует проектировать и устанавливать автоматические выпускные клапаны. Даже на равнинных участках с небольшим перепадом высот при рытье траншей необходимо учитывать искусственные перепады высот, циклические подъемы и спуски, уклон не менее 1/500, и на самой высокой точке каждого километра проектируется 1-2 выпускных клапана.
Поскольку в процессе транспортировки воды по трубопроводу газ выходит наружу и накапливается в выступающих частях трубопровода, вплоть до образования воздушных пробок. При колебаниях расхода воды в трубопроводе воздушные полости, образующиеся в выступающих частях, продолжают сжиматься и расширяться, и давление, создаваемое газом после сжатия, в десятки или даже сотни раз превышает давление, создаваемое после сжатия воды (публичный отчет: Pump Butler). В это время данный участок трубопровода, таящий в себе скрытые опасности, может привести к следующим ситуациям:
• После прохождения воды выше по течению, капающая вода исчезает ниже по течению. Это происходит потому, что воздушный мешок в трубе блокирует поток воды, вызывая отрыв водяного столба.
• Сжатый газ в трубопроводе сжимается до предельного значения и быстро расширяется, вызывая разрыв трубопровода.
• Когда вода из высокого источника транспортируется вниз по течению с определенной скоростью самотеком, после быстрого закрытия верхнего запорного клапана, из-за инерции разницы высот и расхода, столб воды в трубе выше по течению не останавливается мгновенно. Он продолжает двигаться с определенной скоростью вниз по течению. В это время в трубопроводе образуется вакуум, поскольку воздух не успевает восполниться, что приводит к сдуванию трубопровода из-за отрицательного давления и его повреждению.
(3) Траншея и засыпной грунт не соответствуют нормам.
Некачественно вырытые траншеи часто встречаются в горных районах, главным образом из-за большого количества камней в определенных местах. Траншеи выкапываются вручную или с помощью взрывчатки. Дно траншеи сильно неровное, с выступающими острыми камнями. В таких случаях, согласно действующим правилам, камни на дне траншеи должны быть удалены, а перед укладкой трубопровода необходимо засыпать более 15 сантиметров песка. Однако строители проявляют безответственность или экономят на качестве, укладывая песок без предварительной засыпки или символически. Трубопровод укладывается на камни. После завершения засыпки и ввода водопровода в эксплуатацию, из-за веса самого трубопровода, вертикального давления грунта, нагрузки от транспортных средств на трубопровод и силы тяжести, он опирается на один или несколько острых выступающих камней на дне, что приводит к чрезмерной концентрации напряжений. В этом месте трубопровод с большой вероятностью может быть поврежден и растрескаться по прямой линии. Это часто называют «эффектом зазубрин».

4/Меры

Существует множество мер защиты от гидроударов, но в зависимости от возможных причин их возникновения необходимо принимать различные меры.
1. Снижение расхода воды в водопроводах может в определенной степени уменьшить гидроудар, но при этом увеличится диаметр водопроводов и инвестиции в проект. При прокладке водопроводов следует избегать неровностей или резких изменений уклона, чтобы уменьшить длину трубопровода. Чем длиннее трубопровод, тем выше значение гидроудара при остановке насоса. Для соединения двух насосных станций используется водозаборная скважина.
Гидравлический удар при остановке насоса

Так называемый гидравлический удар при остановке насоса — это явление, вызванное резкими изменениями скорости потока в водяном насосе и напорных трубопроводах при открытии и закрытии клапана из-за внезапного отключения электроэнергии или по другим причинам. Например, отказ системы электроснабжения или электрооборудования, периодический отказ насосного агрегата и т. д. могут привести к открытию клапана центробежного насоса и его остановке, что вызывает гидравлический удар при остановке насоса. Величина гидравлического удара при остановке насоса в основном зависит от геометрического напора в насосном помещении. Чем выше геометрический напор, тем больше значение гидравлического удара при остановке насоса. Поэтому следует выбирать оптимальный напор насоса, исходя из реальных местных условий.

Максимальное давление гидравлического удара при остановке насоса может достигать 200% от нормального рабочего давления или даже выше, что может привести к разрушению трубопроводов и оборудования. Обычные аварии вызывают «утечки воды» и отключение водоснабжения; серьезные аварии приводят к затоплению насосной станции, повреждению оборудования и сооружений, а также могут причинить вред здоровью или привести к смерти.

После остановки насоса из-за аварии подождите, пока труба за обратным клапаном не заполнится водой, прежде чем запускать насос. Не открывайте полностью выходной клапан водяного насоса при его запуске, иначе произойдет сильный гидроудар. Крупные аварии, связанные с гидроударом, на многих насосных станциях часто происходят именно при таких обстоятельствах.

2. Установите устройство для устранения гидроударов.
(1) Использование технологии регулирования постоянного напряжения
Система автоматического управления на базе ПЛК используется для управления насосом с частотно-регулируемой скоростью и для автоматического управления работой всей системы насосного помещения водоснабжения. Поскольку давление в сети водопроводных трубопроводов постоянно изменяется в зависимости от условий эксплуатации, во время работы системы часто возникают пониженное или повышенное давление, что легко может привести к гидроудару, вызывающему повреждение трубопроводов и оборудования. Система автоматического управления на базе ПЛК используется для управления сетью трубопроводов. Она обеспечивает обнаружение давления, обратную связь при запуске и остановке водяного насоса и регулировку скорости, контроль расхода и, таким образом, поддержание давления на определенном уровне. Давление воды, подаваемой насосом, может быть установлено с помощью микрокомпьютера для поддержания постоянного давления воды и предотвращения чрезмерных колебаний давления. Вероятность гидроудара снижается.
(2) Установите устройство для устранения гидроударов
Это устройство в основном предотвращает гидроудар при остановке насоса. Обычно оно устанавливается рядом с выходным патрубком водяного насоса. Оно использует давление в трубе в качестве источника энергии для автоматического срабатывания при низком давлении. То есть, когда давление в трубе ниже установленного защитного значения, сливной патрубок автоматически открывается для слива воды. Предохранительный клапан используется для балансировки давления в местных трубопроводах и предотвращения воздействия гидроудара на оборудование и трубопроводы. Предохранительные клапаны обычно делятся на два типа: механические и гидравлические. Механические клапаны восстанавливаются вручную после срабатывания, а гидравлические – автоматически.
(3) Установите обратный клапан с плавным закрыванием на выходном патрубке водяного насоса большого диаметра.

Это позволяет эффективно предотвратить гидроудар при остановке насоса, но при этом некоторое количество воды будет возвращаться обратно.API 609При активации клапана всасывающая скважина должна иметь переливную трубу. Существует два типа обратных клапанов с медленным закрытием: ударного типа и типа с накоплением энергии. Этот тип клапана позволяет регулировать время закрытия в определенном диапазоне по мере необходимости (подробнее см.: Pump Butler). Как правило, после отключения электроэнергии клапан закрывается на 70-80% в течение 3-7 секунд. Оставшиеся 20-30% времени закрытия регулируются в зависимости от условий работы водяного насоса и трубопровода, обычно в диапазоне от 10 до 30 секунд. Стоит отметить, что при наличии неровностей в трубопроводе и возникновении гидроудара роль обратного клапана с медленным закрытием очень ограничена.
(4) Установить одностороннюю башню регулирования давления
Она устанавливается рядом с насосной станцией или в подходящем месте на трубопроводе, при этом высота односторонней помповой башни ниже давления в трубопроводе. Когда давление в трубопроводе ниже уровня воды в башне, помповая башня пополняет запасы воды в трубопроводе, предотвращая разрыв водяного столба и возникновение гидроудара. Однако её эффект снижения давления при гидроударах, отличных от гидроударов, вызванных остановкой насоса, таких как гидроудар, вызванный закрытием клапана, ограничен. Кроме того, работа используемого в односторонней помповой башне одностороннего клапана должна быть абсолютно надежной. В случае выхода клапана из строя может возникнуть сильный гидроудар.
(5) Установите обводную трубу (клапан) на насосной станции.
Когда насосная система работает в обычном режиме, обратный клапан закрыт, поскольку давление воды на напорной стороне насоса выше, чем давление воды на всасывающей стороне. При внезапной остановке насоса из-за аварийного отключения электроэнергии давление на выходе из насосной станции резко падает, в то время как давление на всасывающей стороне резко возрастает. Под действием этой разницы давлений вода под высоким давлением в магистральном трубопроводе всасывания открывает затвор обратного клапана и поступает в воду под низким давлением в магистральном трубопроводе, вызывая повышение давления воды в этом месте; с другой стороны, снижается и повышение давления, вызванное гидроударом, на всасывающей стороне. Таким образом, контролируется повышение давления и падение давления на обеих сторонах насосной станции, что эффективно снижает и предотвращает опасность гидроудара.
(6) Установите многоступенчатый обратный клапан
В длинном водопроводе добавьте один или несколькообратные клапаныРазделите водопровод на несколько участков и установите на каждом участке обратный клапан. Когда вода в трубе возвращается обратно во время гидроудара, каждый обратный клапан закрывается один за другим, разделяя обратный поток на несколько участков. Поскольку гидростатический напор на каждом участке водопровода (или участке обратного потока) достаточно мал, расход воды снижается. Это защитная мера может эффективно использоваться в ситуациях, когда геометрическая разница высот водоснабжения велика; однако она не исключает возможности расслоения водяного столба. Ее главный недостаток: повышенное энергопотребление водяного насоса в нормальном режиме работы и увеличение затрат на водоснабжение.