Как предотвратить эффект гидравлического удара в трубопроводной системе?

После установки насосного помещения и трубопроводной системы часто обнаруживается, что при работе системы, когда насос остановлен или отключено питание, в трубопроводной системе возникает большая сила удара воды, воздействующая на водяной насос, клапаны и трубопроводы. Некоторые гидравлические удары могут быть очень легкими, но некоторые очень серьезными. Хуже того, могут произойти серьезные аварии, связанные с качеством. Например, диски клапанов, лопасти водяных насосов, трубопроводные системы и т. д. разбиваются и ломаются гидравлическим ударом. Этот вид повреждений вызывается гидравлическим ударом. Мы также сталкивались с таким явлением в зарубежных проектах.

1. Что такое гидравлический удар?
Гидравлический удар происходит при внезапном отключении электроэнергии или при слишком быстром закрытии клапана. Из-за инерции потока воды под давлением образуется ударная волна, похожая на удар молотка о стену, поэтому это называется гидравлическим ударом. Сила, создаваемая возвратно-поступательными ударными волнами потока воды, иногда может быть настолько велика, что может повредить клапаны и насосы. Эффект гидравлического удара заключается в том, что внутренняя стенка водопроводной трубы гладкая и вода течет свободно. При внезапном закрытии открытого клапана поток воды создает давление на клапан и стенку трубы, в основном на клапан. Поскольку стенка трубы гладкая, последующий поток воды быстро достигает своего максимума под действием инерции и производит разрушительный эффект. Это «эффект гидравлического удара» в механике жидкостей, также известный как положительный гидравлический удар. Этот фактор необходимо учитывать при строительстве водопроводных сетей. Напротив, при резком открытии закрытого клапана возникает гидравлический удар, называемый отрицательным гидравлическим ударом, который также обладает определенной разрушительной силой, но не такой большой, как первый. Внезапное отключение или включение электрического водяного насосного агрегата также может привести к гидроудару и скачку давления. Эта ударная волна давления распространяется вдоль трубопровода, что может легко привести к локальному избыточному давлению в трубопроводе, вызывая разрыв трубопровода и повреждение оборудования. Поэтому защита от гидроудара стала одной из ключевых технологических процессов в проектах водоснабжения.

2. Условия возникновения гидравлического удара
1. Клапан резко открывается или закрывается;
2. Водяной насос внезапно останавливается или запускается;
3. Подача воды по одной трубе на возвышенные места (перепад высот рельефа водообеспечения превышает 20 метров);
4. Общий напор (или рабочее давление) водяного насоса большой;
5. Расход воды в водопроводе слишком велик;
6. Водопровод слишком длинный, а рельеф местности сильно различается.

3. В чем опасность эффекта гидравлического удара?
Повышение давления, вызванное гидравлическим ударом, может в несколько раз или даже в десятки раз превышать нормальное рабочее давление трубопровода. Такие большие колебания давления представляют собой следующие основные опасности для трубопроводной системы:
1. Вызвать сильную вибрацию трубопровода и разъединение стыков трубопровода;
2. Повреждение клапанов. Сильное избыточное давление может привести к разрыву труб и снижению давления в водопроводной сети;
3. Напротив, слишком низкое давление приведет к разрушению трубы и повреждению клапана и креплений;
4. Это может привести к обратному ходу водяного насоса и повреждению оборудования или трубопроводов в насосном помещении. В тяжелых случаях это может привести к затоплению насосного помещения, что приведет к серьезным авариям, таким как травмы или смерть, влияющим на производство и жизнь.

4. Защитные меры по устранению или уменьшению гидравлического удара
Существует множество мер защиты от гидравлического удара, но в зависимости от возможных причин возникновения гидравлического удара необходимо принимать различные меры.
1. Уменьшение расхода воды в водопроводе может в определенной степени снизить давление гидравлического удара, но это приведет к увеличению диаметра водопровода и увеличению инвестиций в проект. При прокладке водопроводов следует по возможности избегать неровностей и резких изменений уклона.
Уменьшить длину водопровода. Чем длиннее трубопровод, тем больше величина гидравлического удара при остановке насоса. Одна насосная станция преобразована в две насосные станции, и две насосные станции соединены приемным колодцем.
Величина гидравлического удара при остановке насоса в основном связана с геометрическим напором насосного помещения. Чем выше геометрический напор, тем больше значение гидравлического удара при остановке насоса. Поэтому следует выбирать разумный напор водяного насоса в соответствии с местными реальными условиями.
После остановки насоса из-за аварии, водяной насос следует запускать только после того, как труба за обратным клапаном заполнится водой.
При запуске насоса не открывайте выпускной клапан насоса полностью, в противном случае это вызовет сильный гидроудар. Именно в таких обстоятельствах часто происходят серьезные аварии из-за гидравлических ударов на насосных станциях.
2. Установить устройство для устранения гидроудара.
1) Использование технологии постоянного контроля давления:
Система автоматического управления на базе ПЛК используется для осуществления частотного регулирования скорости вращения насоса машины и автоматического управления работой всей системы насосного помещения водоснабжения. Так как давление в водопроводной сети меняется с изменением условий работы, во время работы системы часто возникает низкое или избыточное давление, что легко может вызвать гидравлический удар и повредить трубопроводы и оборудование. Автоматическая система управления PLC используется для определения давления в сети и обратной связи, управления запуском, остановкой и регулировкой скорости водяного насоса для управления расходом, чтобы поддерживать давление на определенном уровне. Давление подачи воды насоса можно установить, управляя микрокомпьютером, чтобы поддерживать постоянное давление подачи воды, избегать чрезмерных колебаний давления и снижать вероятность гидравлического удара.
2) Установить гаситель гидроударов
Это устройство в основном используется для предотвращения гидравлического удара, вызванного остановкой насоса. Обычно оно устанавливается около выпускной трубы водяного насоса и использует давление самой трубы в качестве энергии для достижения автоматического действия низкого давления. То есть, когда давление в трубе ниже установленного значения защиты, слив автоматически открывается для выпуска воды и сброса давления, чтобы уравновесить давление локальной трубы и предотвратить воздействие гидравлического удара на оборудование и трубы. Уловители обычно можно разделить на два типа: механические и гидравлические. Механические уловители восстанавливаются вручную после действия, в то время как гидравлические уловители могут быть автоматически сброшены.
3) Установите медленно закрывающийся обратный клапан на выпускной трубе водяного насоса большого диаметра.
Он может эффективно устранить гидравлический удар, вызванный остановкой насоса, но поскольку при срабатывании клапана определенное количество воды будет вытекать обратно, всасывающий колодец должен быть оснащен переливной трубой. Существует два типа медленно закрывающихся обратных клапанов: с тяжелым молотком и с накопителем энергии. Этот тип клапана может регулировать время закрытия клапана в определенном диапазоне по мере необходимости. Обычно клапан закрывается на 70–80% в течение 3–7 секунд после отключения электроэнергии, а оставшиеся 20–30% времени закрытия регулируются в зависимости от состояния водяного насоса и трубопровода, как правило, в диапазоне от 10 до 30 секунд. Стоит отметить, что при наличии в трубопроводе горба и возникновении гидравлического удара эффективность работы медленно закрывающегося обратного клапана весьма ограничена.
4) Установить одностороннюю башню регулирования давления.
Высота односторонней регулирующей башни давления, построенной вблизи насосной станции или в подходящем месте на трубопроводе, ниже давления в трубопроводе в этом месте. Когда давление в трубопроводе ниже уровня воды в башне, башня регулирования давления пополняет запас воды в трубопроводе, чтобы предотвратить прорыв водяного столба и избежать гидроудара. Однако его эффект снижения давления при гидравлических ударах, отличных от гидроударов, останавливающих насос, таких как гидроудар, закрывающий клапан, ограничен. Кроме того, производительность одностороннего клапана, используемого в односторонней регулирующей башне давления, должна быть надежной. Если клапан выйдет из строя, это может привести к сильному гидравлическому удару.

5) Установить перепускную трубу (клапан) на насосной станции
Когда насосная система работает нормально, обратный клапан закрыт, поскольку давление воды на стороне нагнетания насоса выше, чем давление воды на стороне всасывания. При внезапной остановке насоса из-за отключения электроэнергии давление на выходе насосной станции резко падает, а давление на всасывающей стороне резко возрастает. Под действием этого перепада давления переходная вода высокого давления во всасывающем трубопроводе открывает пластину обратного клапана и поступает в переходную воду низкого давления в напорном трубопроводе, увеличивая там низкое давление воды; с другой стороны, давление гидравлического удара на всасывающей стороне водяного насоса также уменьшается. Таким образом, контролируется повышение и понижение давления гидравлического удара по обеим сторонам насосной станции, что эффективно снижает и предотвращает опасность гидравлического удара.
6) Установить многоступенчатый обратный клапан.
В более длинном водопроводе добавляют один или несколько обратных клапанов для разделения водопровода на несколько секций, и на каждой секции устанавливают обратный клапан. При обратном течении воды в водопроводе во время гидроудара обратные клапаны последовательно закрываются, разделяя поток промывочной воды на несколько секций. Поскольку гидростатический напор в каждой секции водопровода (или секции потока промывочной воды) довольно мал, рост давления при гидроударе снижается. Данная защитная мера может эффективно применяться в ситуациях, когда геометрический перепад высот подачи воды велик, однако она не может исключить возможность отрыва столба воды. Недостатками являются: увеличение энергопотребления водяного насоса и рост стоимости водоснабжения при нормальной эксплуатации.