水锤及防护措施(黄双双)课件

1、 管道水锤及防护 株洲南方阀门股份有限公司联系人：黄双双QQ:312444976联系电话关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation1、水锤的概念及其成因2、水锤事故类型及相关实例3、设计规范对水锤的防护要求4、水锤计算的数值模拟方法5、水锤的防护方法及阀门应用6、阀门防护水锤的应用实例1、水锤的概念及其成因 关注顾客 超乎期望 Custom

2、ers satisfaction and more than Customers expectation 当压力管道中的流体因某些原因而产生流速的急剧变化时，由于流体的惯性作用而引起管道内流体压力急剧变化，并伴随着震动和冲击声，这种现象称为水锤现象或流体瞬变过程。 按水锤成因的外部条件，水锤可分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤三种。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤的概念及其成因 启动水锤 启动水锤常在压水管没充满水而压水阀门开启过快的启动工况时发生。由于水头和转速在启动过程中都是变值，所

3、以，在启动时，会因管路中的流速剧变而形成水锤。这种水锤在投产试车时最易发生。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤的概念及其成因 关阀水锤 关阀水锤是在关闭阀门过程中发生的水锤现象。在通常情况下，按正常操作程序关闭阀门，不会引起很大的水锤压力变化。但是，如果发生违反操作程序或管道突然被异物堵塞等意外事故，管道中就会出现不同程度的关阀水锤。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤的概念及其成因

4、 停泵水锤 停泵水锤是由于泵站工作人员失误操作、外电网事故跳闸以及自然灾害（大风、雷击、地震）等原因，致使水泵机组突然断电而造成开阀停车时，在泵站及管路系统中所发生的水锤现象。根据调查统计，在城市供水及工业企业的给水泵站中，大部分水锤事故都属于停泵水锤事故。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤的概念及其成因2、水锤事故类型及相关实例 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation 关注顾客 超乎期望

5、Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤事故的分类 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤事故的实例城市供水系统实例 江西省九江市自来水公司第三水厂水源泵站供水系统，受长江水位变幅较大和地形的限制，管道从水泵出口垂直爬升约20m 后穿越井筒形泵房，接着又因跨越长江防洪大堤而形成局部凸起，一期工程在1998 年竣工投产后多次因事故停电而发生水锤事故，导致管道破裂，供水中断。 关注顾客 超乎期望 Customers s

6、atisfaction and more than Customers expectation工业供水系统实例 内蒙古蒙达发电有限责任公司达拉特电厂供水系统第一、二期工程自1995 年建成投入运行以来， 1 号、2 号输水管道先后发生16 次大小不同的水锤事故，导致管道破裂，供水中断，严重影响了发电机组的正常运行。 水锤事故的实例 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation火电厂循环水系统实例 武汉市阳逻电厂循环水系统，由于操作人员对系统的瞬变水力特性认识不足，1994 年在停机和调整负荷时，出现了三

7、次水锤事故，造成冷凝器、泵出口阀等设备破坏及泵房被淹事故。水锤事故的实例 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation核电厂冷却循环水系统实例 美国在19651981 年共记载报告了76 起核电厂水锤事故，最严重的一次发生在1985 年11 月，位于加利福尼亚州的SanOnofre 核电厂1 号机组由于短路造成二回路主泵停泵断水，4min 后又误操作，启动水泵，从而产生了巨大的空泡溃灭水锤，50 多米长的给水管道严重扭曲移位，十几个支撑遭到破坏，位移达30cm 之大，有1 处炸裂管道出现2m 长的鱼嘴裂

8、缝，使核电厂被迫停堆。水锤事故的实例3、设计规范对水锤的防护要求 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation1.有可能产生水锤危害的泵站，在各设计阶段均应进行事故停泵水锤计算。在可行性研究阶段，允许采用简易图解法计算；在初步设计阶段及施工图阶段宜采用特征线法或其它精度比较高的计算方法进行计算。2 .当事故停泵瞬态特性参数不能满足下列要求时，应采取防护措施。2.1 离心泵最高反转速度不应超过额定转速的1.2倍，超过额定转速的持续时间不应超过2min。2.2 立式机组在低于额定转速40%的持续运行时间不应

9、超过2min。2.3 最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.31.5倍。2.4 管道任何部位不应出现水柱断裂。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation泵站设计规范要求 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation长距离输水规范要求 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation长距离输水规范要求 关注顾客 超乎期望 C

10、ustomers satisfaction and more than Customers expectation长距离输水规范要求4、水锤计算的数值模拟方法 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation基本方程管道瞬变流基本方程由连续性方程和运动方程组成，即：连续性方程：运动方程： 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more

11、than Customers expectation特征线解法对于一组双曲型偏微分方程组，为了对其进行数值计算，可将该方程组通过特征线法转化为特殊的全微分方程，然后再进行积分，就可以得到便于数值处理的有限差分方程。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation特征线解法沿特征线的方向，将上述方程转化为常微分方程： 上式中的前一个式子分别称为特征线方程，后一个式子分别称为在特征线上成立的相容性方程。将相容性方程沿着各自的特征线积分，可得有限差分方程 。 关注顾客 超乎期望 Customers satisf

12、action and more than Customers expectation特征线解法图4-1 水锤计算的特征线网格 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation基本边界条件上、下游水池(库)；水泵的全特性曲线 ：通常采用瑞士学者Suter根据泵的相似准则提出的适用于水锤计算的泵全特性曲线表示方法 ；水泵：水头平衡方程和机组惯性方程；阀门： 为阀全开、流量为 时的压力水头损失； 为阀的无量纲开度 。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than C

13、ustomers expectation水柱分离数学模型水泵电力中断后，在出水管道中将首先产生压力降低。如果输水管道很长，水泵机组的转动惯量很小，或者管道的纵剖面有凸部，则管道中的这种压力降低有可能使管中某点的压力降至水的汽化压力；若这种压力降低持续相当长的时间，管道中的水流将因水的汽化和水中空气的离析而形成汽泡。通常采用常波速集中空穴模型对此类含气水锤问题进行研究，将蒸汽穴限制在一个固定的计算截面上，认为汽穴使水柱分离，而在压力升高时，被分离的水柱再度弥合，互相撞击，形成压力急骤上升；而对被分离的水柱，则采用固定的水锤波传播速度进行计算。 关注顾客 超乎期望 Customers satisf

14、action and more than Customers expectation泵站工程往往由于规划设计考虑不周或因不合理的操作，导致水锤事故的发生，造成重大损失。另一方面，由于担心发生水锤事故，设计时往往采用较大的管壁厚度和安全系数，增大工程投资，或者，盲目选用水锤防护措施，不仅造成浪费，有时甚至起到相反的作用。因此，如何选择合理的防护措施，控制最大升压和最大降压，并使防护措施经济、安全、可靠，是确保系统安全、节约工程投资和泵站优化设计的重要课题。 5、水锤的防护方法及阀门应用 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customer

15、s expectation目前常用的防护措施主要可以归纳为以下几种类型：（1）补水（补气）稳压，防止水柱分离及其再弥合现象的发生。属于这种类型的主要有：简单调压塔、单向调压塔、空气阀、空气罐；（2）阀门防护。泵站中常用的阀门有缓闭式止回阀、两阶段关闭液控蝶阀等；（3）泄水降压型。属于这种类型的主要有：设置旁通管、取消止回阀、停泵水锤消除器、防爆膜等；（4）增大机组惯性，防止停泵时压力的急剧下降。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation水锤防护方法 关注顾客 超乎期望 Customers satis

16、faction and more than Customers expectation公司产品介绍 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的应用 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的功能多功能水泵控制阀是一种新型的水力控制阀门，一阀可同时替代现行水泵压水管上的电动蝶（闸）阀、单向阀和水锤消除器，并能自动实现开泵时的缓开（准软启动），停泵时的速闭/缓闭，基本上可以实现

17、现行液控缓闭阀的功能，即两阶段关阀过程，有效地防止水锤事故的产生，但它无任何电气控制动力或外力油压系统。在阀体设计上还采用了宽阀体流线型设计，有效地降低了水流阻力。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的图示图5-1 实物图图5-2 结构示意图 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的用途安装在市政、建筑、钢铁、冶金、石油、化工、煤气（天然气）、食品、医药、电站、核电

18、、水利及灌溉等领域的取水、送水、潜水、污水泵房及石油、化工流体的输送系统中，融电动阀、止回阀和水锤消除器三种设备的功能于一体，能有效地提高系统安全可靠性，满足系统自动化控制要求。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的特点安全可靠性高。具有速闭、缓闭以及吸能腔三种消除水锤措施，而且动作完全连锁，不会产生误动作。无需操作控制。当水泵启停时，巧妙地利用阀门前后介质的压力变化来控制动力，使阀门自动按照水泵操作规程的要求进行动作。无需专业调试。阀门动作不受水泵扬程及流量变化的影响，适应范

19、围广。基本无需维修，寿命长。节能效果明显。利用进口端的压力进入膜片下腔支撑膜片压板及阀杆的重量，阻力损失小。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的技术参数公称压力：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.4MPa最低动作压力：0.05MPa适用介质：原水、清水、污水、油品、酸液、碱液适用温度：080缓闭时间：3120s（可调节）水锤峰值：1.3倍水泵出口额定压力水泵最高反转速度：1.2倍水泵额定转速阻力损失：比旋启式止回阀减少约31膜片疲劳弯曲：120万次无

20、破损 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的工作原理（1）停泵状态，阀板在出口端及隔膜上腔静压作用下完全关闭。（2）水泵启动时，进水端水压从旁通管传入下腔，主阀板及缓闭阀板在进口端及下腔水压作用下缓慢开启。（3）在进水端压力作用下，阀板上升到最大开口状态，开口高度由流量决定。（4）停泵瞬间，流量及压力突然降低，主阀板在重力作用下开始向下滑落。（5）当流量接近于零时，主阀板关闭；主阀板上留有泄流孔以减弱水锤冲击力；主阀板上、下形成压力差，阀门出口水压从旁通管进入上腔推动膜片压板，使

21、下腔水排入阀门进口，缓闭阀板开始缓闭。（6）缓闭阀板完全关闭泄流孔，阀门回到停泵初始状态。动画演示 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的水锤防护过程水泵启动前，阀门出口端压力作用在主阀板上，主阀板处于关闭位置，同时膜片控制器的上腔连通压力水，下腔则与阀门进口端的低压相通。水泵启动后，阀门进口压力逐渐升高，同时压力水通过阀门进口端的连接管缓慢进入膜片控制器下腔，实现主阀板的缓慢开启，开启速度可通过控制阀进行调节。水泵停机时，阀门进口的压力降低，当接近零流量时，主阀板在自身重力作用

22、下迅速关闭。因阀门进口端压力降低，阀门出口端的压力水通过连接管进入膜片控制器上腔，下腔水通过阀门进口端的连接管压回至阀门进口端，缓闭阀板缓慢关闭，慢关时间可通过控制阀进行调节。主阀板的速闭和缓闭阀板的缓闭符合给水系统的两阶段关闭规律，因此能有效地削减水锤压力峰值。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的结构优化图5-3 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的结构优化

23、图5-4 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation多功能水泵控制阀的安装图示 结构尺寸安装图示结构尺寸见附表见附表 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀的应用 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的图示图5-5 实物图图5-6 结构示意图 关注顾客 超乎期望 Cust

24、omers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的用途用于给排水、建筑、石油、化工、煤气（天然气）、食品、医药、电站、核电等领域的管路中，可对压力波快速反应和快速释放，防止压力急剧增高而损坏管线及设备，特别适用于高层楼房消防系统泄压，并可用于保障主阀上游供水压力。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的特点准确且保持不变的安全稳定压力，一旦超压，泄压阀能充分打开及时泄压。关闭速度可调，

25、消除压力波动。隔膜传动机构将操作滞后现象减小到最小。它可安装在任何位置，不需改变压力设定值或从管路上拆除就可进行维修和检查。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的技术参数公称压力：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa调压范围：PN1.0MPa调节范围0.30.9MPaPN1.6MPa调节范围0.51.4MPaPN2.5MPa调节范围0.52.4MPa PN4.0MPa调节范围1.03.5MPa启闭动作压力：0.05MPa适用介质：原水、清水适用温度：

26、080 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的工作原理动画演示 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation安全泄压阀（持压/泄压阀）的安装图示 结构尺寸安装图示结构尺寸见附表图5-7 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的应用 关注顾客 超乎期望 Customers

27、satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的图示图5-8 实物图图5-9 结构示意图 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的用途用于水泵出口及给水、排水管线中，具有自动排气与自动补气的功能，提高输水管路的排送效率，降低排送成本。一旦管道内产生负压，迅速导入外界空气，保护管线免受负压破坏；并可迅速排出管道中的空气。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Custom

28、ers expectation复合式排气阀的特点密封可靠，特殊密封设计；自动排气与自动补气，无须人去操作；具有三种功能：（1）排出管道中的大量空气；（2）系统运行中的小量排气；（3）高速导入外界空气；经久耐用。小浮球按固定轨迹运动，不会碰撞壳体；关闭力大，较其它排气阀增加了配重加大了关闭力；较其它种类的排气阀的高度尺寸小，（其它排气阀为阀盖中央排气）；不会有压力水冲刷浮球，引起浮球的误动关闭。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的技术参数公称压力：1.02.5MPa；适用介质：清水

29、、污水、原水；介质温度：080 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的工作原理（1）水泵起动过程中，阀体内未充满水时，阀体内的浮球因自重而下落，气孔处于开敞状态；随着泵工作扬程的升高，管道充水，浮球浮起，管道中的空气排出。（2）管道及阀体内空气全部排除，阀体内充满水；若管中压力高于大气压，浮球在管中压力的作用下阻塞排气孔，管中水不会排出阀体外。（3）水泵在运行过程中，如溶于水的空气离析出来，积蓄在空气阀附近，则浮球因失去浮力而下落。若气量较少，则小孔的浮球下落排气，若气量较多，则大孔

30、的浮球下落排气。排气完毕，浮球恢复到关闭排气孔的位置。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的工作原理（4）事故停泵后，管中压力降低形成负压时，尽管阀体内充满水，但由于阀内压力低于大气压，在大气压与管中压力之差的作用下，浮球下落，进行补气。补气过程中，大孔的浮球先下落，当压力降低较大时，随即小孔的浮球下落。由于两个浮球的下落时间不同，缓冲了管道中的压力波动。（5）当水泵进入制动耗能工况时，管中压力增加，水流开始倒流，浮球浮起，进行排气，直至空气阀内充满水，关闭排气孔。关闭过程中，由于

31、大小排气孔的压力作用不同，大孔的浮球先顶起关闭，然后再关闭小孔，延缓关闭过程，缓和水柱再弥合时的压力上升。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation复合式排气阀的结构尺寸 见附表6、阀门防护水锤的应用实例 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectation实例 多功能水泵控制阀在山三黄金岛的应用取得了较大成功。运行工况：两台泵并联运行、三台泵并联运行以及水泵突然失电。 关注顾客 超乎期望 Customers satisfaction and more than Customers expectat