Что такое гидроудар?
Гидравлический удар возникает при внезапном отключении электроэнергии или слишком быстром закрытии клапана. Из-за инерции потока воды под давлением генерируется ударная волна, подобная удару молотка, поэтому его и называют гидравлическим ударом. Сила, создаваемая этими ударными волнами, порой очень велика и может повредить клапаны и насосы.
Когда открытый клапан внезапно закрывается, вода обрушивается на клапан и стенку трубы, создавая давление. Из-за гладкости стенок трубы последующий поток воды быстро достигает максимума под действием инерции и вызывает повреждения. Это «эффект гидравлического удара» в механике жидкости, то есть положительный гидравлический удар. Этот фактор следует учитывать при строительстве водопроводных трубопроводов.
Напротив, после внезапного открытия закрытого клапана также возникает гидроудар, называемый отрицательным гидроударом. Он также обладает определенной разрушительной силой, но не такой большой, как предыдущий. При внезапном отключении или запуске электронасоса также возникают скачки давления и гидроудар. Ударная волна этого давления распространяется по трубопроводу, что легко может привести к локальному избыточному давлению в трубопроводе, разрыву трубопровода и повреждению оборудования. Поэтому защита от гидроудара стала одной из ключевых технологий в водоснабжении.
Условия возникновения гидроудара
1. Клапан внезапно открывается или закрывается;
2. Насосная установка внезапно останавливается или запускается;
3. Подача воды по одной трубе в высокогорные районы (перепад высот на местности, где осуществляется водоснабжение, превышает 20 метров);
4. Полный напор (или рабочее давление) насоса велик;
5. Скорость потока воды в водопроводе слишком высока;
6. Водопровод слишком длинный, и рельеф местности сильно меняется.
Опасность гидроудара
Повышение давления, вызванное гидравлическим ударом, может достигать нескольких или даже десятков раз большего значения, чем нормальное рабочее давление трубопровода. Такие значительные колебания давления наносят ущерб трубопроводной системе главным образом следующим образом:
1. Вызывает сильную вибрацию трубопровода и разъединение трубопроводных соединений;
2. Клапан поврежден, давление слишком высокое, что приводит к разрыву трубы и снижению давления в водопроводной сети;
3. Напротив, если давление будет слишком низким, труба разрушится, а клапан и крепежные детали будут повреждены;
4. Приводить к реверсу водяного насоса, повреждению оборудования или трубопроводов в насосном отделении, серьезному затоплению насосного отделения, гибели людей и другим крупным авариям, а также влиять на производство и жизнь.
Защитные меры для устранения или смягчения последствий гидроудара
Существует множество мер защиты от гидроударов, но в зависимости от возможных причин их возникновения необходимо принимать различные меры.
1. Снижение расхода воды в водопроводе может в определенной степени уменьшить давление гидравлического удара, но при этом увеличится диаметр водопровода и инвестиции в проект. При прокладке водопроводов следует избегать неровностей или резких изменений уклона. Величина гидравлического удара при остановке насоса в основном зависит от геометрического напора насосного помещения. Чем выше геометрический напор, тем больше гидравлический удар при остановке насоса. Поэтому следует выбирать разумный напор насоса в соответствии с фактическими местными условиями. После остановки насоса в случае аварии следует дождаться заполнения водой трубопровода за обратным клапаном, прежде чем запускать насос. Не следует полностью открывать выпускной клапан насоса при его запуске, иначе произойдет сильный удар воды. Большинство крупных аварий, связанных с гидравлическим ударом, на многих насосных станциях происходит именно при таких обстоятельствах.
2. Установите устройство для устранения гидроударов.
(1) Использование технологии регулирования постоянного давления:
Поскольку давление в водопроводной сети постоянно меняется в зависимости от условий эксплуатации, во время работы системы часто возникают пониженное или повышенное давление, что повышает риск гидроударов и приводит к повреждению труб и оборудования. Для регулирования давления в трубопроводной сети используется автоматическая система управления. Она обеспечивает обнаружение, обратную связь при запуске, остановке и регулировке скорости водяного насоса, контролирует поток и поддерживает давление на определенном уровне. Давление воды, подаваемой насосом, можно регулировать с помощью микрокомпьютера, поддерживая постоянное давление воды и избегая чрезмерных колебаний давления. Это снижает вероятность гидроударов.
(2) Установите устройство для устранения гидроударов
Это оборудование 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 реализации автоматического действия при низком давлении, то есть, когда давление в трубе ниже установленного защитного значения, сливное отверстие автоматически открывается и сбрасывает воду. Предохранительные клапаны балансируют давление в местных трубопроводах и предотвращают воздействие гидроудара на оборудование и трубопроводы. В целом, предохранительные клапаны можно разделить на два типа: механические и гидравлические.
3) Установите обратный клапан с плавным закрыванием на выходном патрубке водяного насоса большого диаметра.
Этот клапан эффективно устраняет гидроудар при остановке насоса, но поскольку при срабатывании клапана возникает определенный обратный поток воды, всасывающий колодец должен быть оборудован переливной трубой. Существует два типа медленнозакрывающихся обратных клапанов: для предотвращения гидроударов и для накопления энергии. Время закрытия таких клапанов можно регулировать в определенном диапазоне в зависимости от потребностей. Как правило, 70-80% клапана закрывается в течение 3-7 секунд после отключения электроэнергии, а время закрытия оставшихся 20-30% регулируется в зависимости от условий работы насоса и трубопровода, обычно в диапазоне от 10 до 30 секунд. Стоит отметить, что медленнозакрывающийся обратный клапан очень эффективен при наличии в трубопроводе неровностей, препятствующих возникновению гидроударов.
(4) Установить одностороннюю вышку для защиты от перенапряжения
Она устанавливается рядом с насосной станцией или в подходящем месте трубопровода, при этом высота односторонней помповой башни ниже давления в трубопроводе. Когда давление в трубопроводе ниже уровня воды в башне, помповая башня подает воду в трубопровод, предотвращая разрыв водяного столба и избегая гидроударов. Однако ее эффект снижения давления при гидроударах, отличных от гидроударов при остановке насоса, таких как гидроудар при закрытии клапана, ограничен. Кроме того, работа используемого в односторонней помповой башне одностороннего клапана должна быть абсолютно надежной. Выход клапана из строя может привести к крупным авариям.
(5) Установите обводную трубу (клапан) на насосной станции.
Когда насосная система работает в обычном режиме, обратный клапан закрыт, поскольку давление воды на стороне напора насоса выше, чем давление воды на стороне всасывания. При внезапной остановке насоса из-за отключения электроэнергии давление на выходе из насосной станции резко падает, в то время как давление на стороне всасывания резко возрастает. При таком перепаде давления кратковременное высокое давление воды в магистральном трубопроводе всасывания превращается в кратковременное низкое давление воды, которое отталкивает пластину обратного клапана и поступает в магистральный трубопровод напора, повышая там низкое давление воды; с другой стороны, снижается и гидроудар на стороне всасывания. Таким образом, контролируется повышение и понижение давления при гидроударе с обеих сторон насосной станции, что эффективно снижает и предотвращает опасность гидроудара.
(6) Установите многоступенчатый обратный клапан
В более длинных водопроводах можно добавить один или несколько обратных клапанов, разделить водопровод на несколько участков и установить обратный клапан на каждом участке. Когда вода в трубе возвращается обратно во время процесса гидроудара, обратные клапаны закрываются один за другим, разделяя обратный поток на несколько участков. Поскольку гидростатический напор на каждом участке водопровода (или участке обратного потока) достаточно мал, расход воды уменьшается. Это защитная мера может эффективно использоваться в ситуациях, когда геометрическая разница высот подачи воды велика; однако она не исключает возможности расслоения водяного столба. Ее главный недостаток: потребление электроэнергии водяным насосом в нормальном режиме работы увеличивается, а стоимость водоснабжения возрастает.
(7) В верхней точке трубопровода установлены автоматические устройства для отвода и подачи воздуха, чтобы уменьшить воздействие гидроудара на трубопровод.
Дата публикации: 23 ноября 2022 г.