1、水擊及其危害
水擊是壓力管道中一種重要的非恒定流。當(dāng)壓力管道中的流速因外界原因而發(fā)生急劇變化時,引起液體內(nèi)部壓強迅速交替升降的現(xiàn)象,這種交替升降的壓強作用在管壁、閥門或其他管路元件上好像錘擊一樣,稱為水擊。
水擊引發(fā)的壓強的升高或降低,有時會達(dá)到很大的數(shù)值,處理不當(dāng)將導(dǎo)致管道系統(tǒng)發(fā)生強烈的震動,引起管道嚴(yán)重變形甚至爆裂。因此,在壓力管道引水系統(tǒng)的設(shè)計中,必須進(jìn)行水擊壓力計算,并研究防止和削弱水擊作用的措施。
2、管道水擊計算
管道水擊計算時,管道的計算長度就是從閥門開始到上游離它最近的安全閥(調(diào)壓井)之間的距離,閥門的關(guān)閉時間按按照操作規(guī)程確定。
水擊類型判別
由計算管段長度和水擊波速可計算出水擊波在管路中往返一次所需的時間,即水擊相時;然后根據(jù)閥門關(guān)閉歷時與水擊相時確定水擊類型,即直接水擊或間接水擊。當(dāng)閥門關(guān)閉歷時等于或小于一個水擊相時,瞬時關(guān)閉閥門所產(chǎn)生的水擊為直接水擊,否則為間接水擊。
將管道中正常計算的壓力水頭加上水擊產(chǎn)生的壓力水頭,就是管道中壓力水頭的值,是用來控制管道級別的重要數(shù)據(jù)。
3、水擊壓力防護措施
為確保管道安全運行,除在設(shè)計中慎重考慮外,更應(yīng)加強管理,制定和遵守嚴(yán)格操作規(guī)程。水擊壓力計算公式表明:影響水擊壓力的主要因素有閥門起閉時間、管道長度和管內(nèi)流速,因此,可針對以上因素在管道工程設(shè)計和運行管理中采取以下措施來避免和減小水擊危害。
(1)操作運行中應(yīng)緩慢啟閉閘門以延長閘門啟閉時間,從而避免產(chǎn)生直接水擊并可降低間接水擊壓力。
(2)由于水擊壓力與管內(nèi)流速成正比,因此在設(shè)計中應(yīng)控制管內(nèi)流速不超過流速限制范圍。但有時管道中的流量是一定的,管徑一般由動能經(jīng)濟計算確定,減小流速意味著加大管徑。用減小流速的辦法降低水擊壓強,往往是不經(jīng)濟的,一般并不采用。但在一定的條件下,例如適當(dāng)?shù)募哟蠊軓娇梢悦庠O(shè)調(diào)壓井時,采用這一措施可能是合理的。
(3)由于水擊壓力與管道長度成正比,因此在設(shè)計中可隔一定距離設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓井或安裝安全閥和進(jìn)排氣閥,以縮短管道計算長度并消減水擊壓力。減壓閥適用于引水管道較長和不擔(dān)任調(diào)頻任務(wù)的中小型水電站是比較經(jīng)濟的。但由于減壓閥在電站機組增加負(fù)荷時不起作用,不能改善電站運行的穩(wěn)定性,電站在變動小負(fù)荷(機組額定出力15%以下)時減壓閥不動作,因而惡化了機組的速動性,這種一般采用調(diào)壓井減小水擊壓強。
水擊是壓力管道中一種重要的非恒定流。當(dāng)壓力管道中的流速因外界原因而發(fā)生急劇變化時,引起液體內(nèi)部壓強迅速交替升降的現(xiàn)象,這種交替升降的壓強作用在管壁、閥門或其他管路元件上好像錘擊一樣,稱為水擊。
水擊引發(fā)的壓強的升高或降低,有時會達(dá)到很大的數(shù)值,處理不當(dāng)將導(dǎo)致管道系統(tǒng)發(fā)生強烈的震動,引起管道嚴(yán)重變形甚至爆裂。因此,在壓力管道引水系統(tǒng)的設(shè)計中,必須進(jìn)行水擊壓力計算,并研究防止和削弱水擊作用的措施。
2、管道水擊計算
管道水擊計算時,管道的計算長度就是從閥門開始到上游離它最近的安全閥(調(diào)壓井)之間的距離,閥門的關(guān)閉時間按按照操作規(guī)程確定。
水擊類型判別
由計算管段長度和水擊波速可計算出水擊波在管路中往返一次所需的時間,即水擊相時;然后根據(jù)閥門關(guān)閉歷時與水擊相時確定水擊類型,即直接水擊或間接水擊。當(dāng)閥門關(guān)閉歷時等于或小于一個水擊相時,瞬時關(guān)閉閥門所產(chǎn)生的水擊為直接水擊,否則為間接水擊。
將管道中正常計算的壓力水頭加上水擊產(chǎn)生的壓力水頭,就是管道中壓力水頭的值,是用來控制管道級別的重要數(shù)據(jù)。
3、水擊壓力防護措施
為確保管道安全運行,除在設(shè)計中慎重考慮外,更應(yīng)加強管理,制定和遵守嚴(yán)格操作規(guī)程。水擊壓力計算公式表明:影響水擊壓力的主要因素有閥門起閉時間、管道長度和管內(nèi)流速,因此,可針對以上因素在管道工程設(shè)計和運行管理中采取以下措施來避免和減小水擊危害。
(1)操作運行中應(yīng)緩慢啟閉閘門以延長閘門啟閉時間,從而避免產(chǎn)生直接水擊并可降低間接水擊壓力。
(2)由于水擊壓力與管內(nèi)流速成正比,因此在設(shè)計中應(yīng)控制管內(nèi)流速不超過流速限制范圍。但有時管道中的流量是一定的,管徑一般由動能經(jīng)濟計算確定,減小流速意味著加大管徑。用減小流速的辦法降低水擊壓強,往往是不經(jīng)濟的,一般并不采用。但在一定的條件下,例如適當(dāng)?shù)募哟蠊軓娇梢悦庠O(shè)調(diào)壓井時,采用這一措施可能是合理的。
(3)由于水擊壓力與管道長度成正比,因此在設(shè)計中可隔一定距離設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓井或安裝安全閥和進(jìn)排氣閥,以縮短管道計算長度并消減水擊壓力。減壓閥適用于引水管道較長和不擔(dān)任調(diào)頻任務(wù)的中小型水電站是比較經(jīng)濟的。但由于減壓閥在電站機組增加負(fù)荷時不起作用,不能改善電站運行的穩(wěn)定性,電站在變動小負(fù)荷(機組額定出力15%以下)時減壓閥不動作,因而惡化了機組的速動性,這種一般采用調(diào)壓井減小水擊壓強。