范文一:浅谈_水锤效应_的危害与消除措施
科技信息○建筑与工程○
SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 2010年第9期
浅谈“水锤效应”的危害与消除措施
李爱茹董文明
(唐山海港开发区供水工程管理处河北
【摘要】本文从水锤效应产生的条件及危害入手,介绍了消除水锤效应的措施。唐山063611)
【关键词】水锤效应;危害;消除措施
为了满足城乡人民的正常生产和生活用水需求,减少供水管网及设施的维修费用,预防供水事故的发生,认识及消除水锤效应,是非常有必要的。
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时, 由于压力水流的惯性, 产生水流冲击波, 就象锤子敲打一样, 所以叫水锤。当打开的阀门突然关闭,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用即正水锤;相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤即负水锤,也有一定的破坏力,这两种现象就是水利学当中的“水锤效应”。电动水泵机组突然停电或启动时,同样也会引起压力的冲击和水锤效应。这种压力的冲击波沿管道传播, 极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等, 故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。
1水锤产生的条件以及水锤效应的危害
水锤产生的条件有:阀门突然开启或关闭;水泵机组突然停车或开启;单管向高处输水(供水地形高差超过20米);水泵总扬程(或工作压力)大;输水管道中水流速度过大;输水管道过长,且地形变化大等。
水锤引起的压强升高,可达管道正常工作压强的几倍,甚至几十倍。这种大幅度的压强波动,造成的危害有:引起管道强烈振动,管道接头断开,破坏阀门,严重的压强过高造成管道爆管,供水管网压力降低。反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。引起水泵反转,破坏泵房内设备或管道,严重的造成泵房淹没,造成人身伤亡等重大事故,影响生产和生活。
2
水锤效应的消除措施
2. 1
开(关)阀水锤消除
开关阀水锤有直接水锤和间接水锤,延长开阀和关阀的时间,可避免产生直接水锤。离心泵、混流泵应在阀门关至15%—30%时而不是全关时停泵,这样可以降低水泵出口压力,防止水泵振动及延长阀门使用寿命。对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。2. 2启泵水锤的消除
2. 2. 1排除管道空气,使管道充满水后再开启水泵。
2. 2. 2凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。
2. 2. 3当水泵必须在空管启动时,可采用分阶段开阀启泵方式:首先将水泵出口阀门打开15%—30%(蝶阀可先开150—300),管道上其余阀门全部开启;然后启动水泵,待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。
设有止回阀的水泵,应在止回阀前设自动排气阀、在止回处设旁通阀。事故停泵后,应待止回阀后管道充满水再启动水泵。启泵时水泵出口阀门不要全开,否则会产生很大的水冲击。据调查分析国内几个泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。2. 3停泵水锤的消除
给水管中的水在断电后的最初瞬间,主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动,然后流速降到零。管道中的水在重力水头作用下,又开始向水泵倒流,速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化,从而引起水锤现象的发生。
2. 3. 1降低输水管道的流速,增加管道直径、壁厚,可在一定程度上降低水锤压力。
2. 3. 2选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮,可在一定程度上降低水锤值。
2. 3. 3输水管线布置时,减少管路布置的陡峭度,尽量布置平缓管路,应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变,在管路中各峰点安装可靠的排气阀,避免产生弥合水锤。
2. 3. 4
通过水锤计算,停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关,
几何扬程愈高,停泵水锤值也愈大。因此,应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。
2. 3. 5减少输水管道长度,管线愈长,停泵水锤值愈大。由一个泵站变两个泵站,用吸水井把两个泵站衔接起来。
2. 3. 6停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起,因此,取消止回阀可以消除停泵的危害,并且可以减少水头损失,节约能耗;目前,经过一些大城市的实验,认为一级泵房可以取消,二级泵房不易取消;取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算,为减少和消除水锤,目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。
2. 3. 7在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀、微闭蝶阀,可有效的消除停泵水锤,但因阀门动作时有一定的水量倒流,吸水井须有溢流管。需要注意的是,当管路中存在峰点而发生弥合水锤时,缓闭止回阀的作用就十分有限。
2. 3. 8紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器,管道中的水锤压力通过开启的水锤消除器泄掉,以平衡局部管道的压力,防止水锤对设备和管道的冲击。
2. 3. 9采用水力控制阀,一种采用液压装置控制开关的阀门,一般安装于水泵出口,该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭,阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度,通过缓闭来减小停泵水锤冲击,从而有效消除水锤。
2. 3. 10设置双向调压塔,在泵站附近或管道的适当位置修建,调压塔将随着管路中的压力变化向管道补水或泄掉管路中的过高压力,从而有效地避免或降低水锤压力。这种方式工作安全可靠,但其应用受到泵站压力和周边地形的限制。
2. 3. 11单向调压塔:在泵站附近或管道的适当位置修建,单向调压塔的高度低于该处的管道压力。当管道内压力低于塔内水位时,调压塔向管道补水,防止水柱拉断,避免弥合水锤。但其对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压作用有限。此外单向调压塔采用的单向阀的性能要绝对可靠,一旦该阀门失灵,可能导致发生较大的水锤。
2. 3. 12安装气压罐,随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力,其作用与双向调压塔类似。2. 4其它措施
2. 4. 1采用PLC 自动控制系统,对机泵进行变频调速控制,对整个供水泵房系统操作实行自动控制。因供水管网压力随着工况的变化而不断变化,机泵工频运行时经常出现低压或超压现象,容易产生水锤,导致对管道和设备的破坏,采用PLC 自动控制系统,通过对管网压力的检测,反馈控制水泵的开、停和转速调节,控制流量,进而使压力维持一定水平,可以通过控制微机设定机泵供水压力,保持恒压供水,避免了过大的压力波动,使产生水锤的概率减小。
2. 4. 2安装泄压保护阀,该设备安装在管道的任何位置,和水锤消除器工作原理一样,只是设定的动作压力是高压,当管路中压力高于设定保护值时,排水口会自动打开泄压。
3结束语
水锤效应的危害是极其严重的,但是,水锤效应只和水本身的惯性有关系,所以在管路中采取一系列缓冲措施和安装水锤消除设备,它的危害是可以控制在最小的,并且水锤效应正在逐渐被人类认识并利用,比如适用于山区小流量高扬程供水的水锤泵站、以及直接采用水锤效应来开发水的落差进行扬水的直流液压水锤泵等。科
作者简介:李爱茹(1968.6—),女,汉族,大学本科,1991年7月毕业于河北建筑工程技术学院给水排水专业,高级工程师,主要从事供水工程管理工作。
[责任编辑:张爽]
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范文二:【word】 浅谈“水锤效应”的危害与消除措施
浅谈“水锤效应”的危害与消除措施
科技信息.建筑与工程
oSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2010年第9期
浅谈”水锤效应”的危害与消除措施
李爱茹董文明
(唐山海港开发区供水工程管理处河北唐山063611)
【摘要】本文从水锤效应产生的条件及危害入手,介绍了消除水锤效应的措施.
【关键词】水锤效应;危害;消除措施
为了满足城乡人民的正常生产和生活用水需求,减少供水管网及
设施的维修费用.预防供水事故的发生,认识及消除水锤效应,是非常
有必要的.
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,
产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤.当打开的阀门突然
关闭,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用即正
水锤:相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤即负水锤,也有
一
定的破坏力.这两种现象就是水利学当中的”水锤效应”.电动水泵
机组突然停电或启动时.同样也会引起压力的冲击和水锤效应.这种
压力的冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂,
损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一.
1水锤产生的条件以及水锤效应的危害
水锤产生的条件有:阀门突然开启或关闭;水泵机组突然停车或
开启;单管向高处输水(供水地形高差超过20米);水泵总扬程(或工
作压力)大;输水管道中水流速度过大;输水管道过长,且地形变化大
等.
水锤引起的压强升高,可达管道正常工作压强的几倍,甚至几十
倍.这种大幅度的压强波动.造成的危害有:引起管道强烈振动,管道
接头断开,破坏阀门,严重的压强过高造成管道爆管,供水管网压力降
低.反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件.引
起水泵反转,破坏泵房内设备或管道,严重的造成泵房淹没,造成人身
伤亡等重大事故,影响生产和生活.
2水锤效应的消除措施
2.1开(关)阀水锤消除
开关阀水锤有直接水锤和间接水锤.延长开阀和关阀的时间,可
避免产生直接水锤.离心泵,混流泵应在阀门关至15%一30%时而不
是全关时停泵,这样可以降低水泵出口压力,防止水泵振动及延长阀
门使用寿命.对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门.
2.2启泵水锤的消除
2.2.1排除管道空气,使管道充满水后再开启水泵.
2.2.2凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置
充水设施.
2.2-3当水泵必须在空管启动时,可采用分阶段开阀启泵方式:首先
将水泵出口阀门打开15%一30%(蝶阀可先开15O一30O),管道上其余
阀门全部开启;然后启动水泵.待管道充满水后再将水泵出水口阀门
全开或开到所需的角度.
设有止回阀的水泵,应在止回阀前设自动排气阀,在止回处设旁
通阀.事故停泵后,应待止回阀后管道充满水再启动水泵.启泵时水泵
出口阀门不要全开,否则会产生很大的水冲击.据调查分析国内几个
泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生.
2.3停泵水锤的消除
给水管中的水在断电后的最初瞬间,主要靠惯性以逐渐减慢的速
度继续向水池方向流动,然后流速降到零.管道中的水在重力水头作
用下,又开始向水泵倒流,速度由零逐渐增大.由于管道中水的流速变
化,从而引起水锤现象的发生
2.3.1降低输水管道的流速,增加管道直径,壁厚,可在一定程度上降
低水锤压力.
2.3.2选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮.
可在一定程度上降低水锤值.
2.3.3输水管线布置时,减少管路布置的陡峭度,尽量布置平缓管路.
应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变,在管路中各峰点安装可靠的排
气阀,避免产生弥合水锤.
2.3.4通过水锤计算,停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关,
几何扬程愈高,停泵水锤值也愈大.因此,应根据当地实际情况选用合
理的水泵扬程.
2.3.5减少输水管道长度,管线愈长,停泵水锤值愈大.由一个泵站变
两个泵站,用吸水井把两个泵站衔接起来.一
2.3.6停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起,因此,取消
止回阀可以消除停泵的危害,并且可以减少水头损失,节约能耗;目
前,经过一些大城市的实验,认为一级泵房可以取消,二级泵房不易取
消:取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算,为减少和消除水锤,目前
常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀.
2.3.7在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀,微闭蝶阀,可有效
的消除停泵水锤,但因阀门动作时有一定的水量倒流,吸水井须有溢
流管.需要注意的是,当管路中存在峰点而发生弥合水锤时,缓闭止回
阀的作用就十分有限.
2.3.8紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器,管道中的水锤压力通
过开启的水锤消除器泄掉,以平衡局部管道的压力,防止水锤对设备
和管道的冲击.
2_3.9采用水力控制阀,一种采用液压装置控制开关的阀门,一般安
装于水泵出口,该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭,阀
门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度,通过缓闭来减小停
泵水锤冲击,从而有效消除水锤.
2.3.10设置双向调压塔,在泵站附近或管道的适当位置修建,调压塔
将随着管路中的压力变化向管道补水或泄掉管路中的过高压力,从而
有效地避免或降低水锤压力.这种方式工作安全可靠,但其应用受到
泵站压力和周边地形的限制.
2.3.11单向调压塔:在泵站附近或管道的适当位置修建,单向调压塔
的高度低于该处的管道压力.当管道内压力低于塔内水位时,调压塔
向管道补水,防止水柱拉断,避免弥合水锤.但其对停泵水锤以外的水
锤如关阀水锤的降压作用有限.此外单向调压塔采用的单向阀的性能
要绝对可靠,一旦该阀门失灵,可能导致发生较大的水锤.
2.3.12安装气压罐,随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸
收管路中的过高压力,其作用与双向调压塔类似.
2.4其它措施
2.4.1采用PLC自动控制系统,对机泵进行变频调速控制,对整个供
水泵房系统操作实行自动控制.因供水管网压力随着工况的变化而不
断变化.机泵工频运行时经常出现低压或超压现象,容易产生水锤,导
致对管道和设备的破坏.采用PLC自动控制系统,通过对管网压力的
检测,反馈控制水泵的开,停和转速调节,控制流量,进而使压力维持
一
定水平,可以通过控制微机设定机泵供水压力,保持恒压供水,避免
了过大的压力波动.使产生水锤的概率减小.
2.4.2安装泄压保护阀,该设备安装在管道的任何位置,和水锤消除
器工作原理一样,只是设定的动作压力是高压,当管路中压力高于设
定保护值时.排水口会自动打开泄压.
3结束语
水锤效应的危害是极其严重的,但是,水锤效应只和水本身的惯
性有关系,所以在管路中采取一系列缓冲措施和安装水锤消除设备,
它的危害是可以控制在最小的,并且水锤效应正在逐渐被人类认识并
利用,比如适用于山区小流量高扬程供水的水锤泵站,以及直接采用
水锤效应来开发水的尊差进行扬水的直流液压水锤泵等.
作者简介:李爱茹(19686一),女,汉族,大学本科,1991年7月毕业于河北
建筑I程技术学院给水排水专业,高级I程师,主要从事供水I程管理I作.
[责任编辑:张爽]
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范文三:水锤效应的定义、危害、消除及图解
水锤的定义
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。
“水锤效应”是指在水管内部,管内壁光滑,水流动自如。当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,主要是阀门会产生一个压力。由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是水利学当中的“水锤效应”,也就是正水锤。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。 电动水泵合电压起动时,在不到1s的时间内,即可从静止状态加速到额定转速,管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,所以,流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击,以及出现“空化”现象。 压力的冲击将使管壁受力而产生噪声,犹如锤子敲击管子一般,称为“水锤效应”。
水锤效应只和水本身的惯性有关系,和水泵没有关系。
水锤效应的危害
水锤效应有极大的破坏性:压强过高,将引起管子的破裂,反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。
当切断电源而停机时,泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止,这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果,在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤消除器
水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下,有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡,从而达到消除具有破坏性的冲击波,起到保护之目的。
水锤消除器的内部有一密闭的容气腔,下端为一活塞,当冲击波传入水锤消除器时,水击波作用于活塞上,活塞将往容气腔方向运动。活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关,活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下,做上下运动,形成一个动态的平衡,这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。
水锤效应的利用
水锤泵站是利用水锤压力提水的泵站,适用于山区小流量高扬程供水,由水锤泵及相应的水工建筑物组成,为山区微型水力提灌泵站的一种新型式,通常也简称它为新式微型水力站或水力站。水锤泵站可分为直流水锤泵站和交流水锤泵站两大类型。目前大多数水锤泵站可归类为直流水锤泵站。直流水锤泵站由微水力源、进水池、动力进水钢管(长管路)、控制阀门、直流水锤泵、扬水管、储用大池等组成。
直流水锤泵是一种液压水锤泵,直接采用水锤效应用来开发水的落差进行扬水的水力机械,其最大特点是不需要专门的动力机,不需要燃料和电力,在有适当落差水头的情况下可连续地运转扬水。
范文四:水锤的产生与消除
水锤的产生与消除
水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时 , 由于压力水流的惯性 , 产生水流冲击波 , 就象锤子 敲打一样 , 所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。 “ 水锤效应 ” 是指在水管内部,管内壁光滑,水流动自如。当打开的阀门突然关闭,水流对阀 门及管壁, 主要是阀门会产生一个压力。 由于管壁光滑, 后续水流在惯性的作用下,迅速达 到最大,并产生破坏作用,这就是水利学当中的 “ 水锤效应 ” ,也就是正水锤。在水利管道建 设中都要考虑这一因素。相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有 一定的破坏力,但没有前者大。
电动水泵合电压起动时,在不到 1s 的时间内,即可从静止状态加速到额定转速,管道内的 流量则从零增加到额定流量。 由于流体具有动量和一定程度的可压缩性, 所以, 流量的急剧 变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击,以及出现 “ 空化 ” 现象。 压力的冲击将使管壁 受力而产生噪声,犹如锤子敲击管子一般,称为 “ 水锤效应 ” 。
水锤效应只和水本身的惯性有关系,和水泵没有关系。
水锤效应的危害
水锤效应有极大的破坏性:压强过高,将引起管子的破裂,反之, 压强过低又会导致管子的 瘪塌,还会损坏阀门和固定件。
当切断电源而停机时, 泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止, 这也同 样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果,在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤消除器
水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下, 有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水 外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡, 从而达到消除具有破坏性的冲击波, 起到保护之目的。 水锤消除器的内部有一密闭的容气腔, 下端为一活塞, 当冲击波传入水锤消除器时, 水击波 作用于活塞上, 活塞将往容气腔方向运动。 活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、 水击波 大小有关, 活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下, 做上下运动, 形成一个动态的 平衡,这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。
水锤效应的消除
要想消除水锤, 必须加装水锤吸纳器或缓闭止回阀。 只有缓闭功能的碟形止回阀才有防止水 锤的作用。
范文五:【doc】水锤的危害与防范
水锤的危害与防范
水锤的危害与防范
李健徐广明安徽省白湖阀门厂有限责任公司技术开发公司251508
磐压力管道末端的流量发生变化时,管道内 将出现非恒定流现象,其特点是随着流速的 改变压强有较显着的变化,这种现象称为水 锤水锤有很大的破坏性,可导致管道系统 强烈振动,噪声,造成阀门破坏,管件接 头破裂,断开,甚至管道炸裂等重大事故. 豢史分析了水锤产生的过程及计算方法,提 瘦了防范水锤的措施
水锤;管道;阀门
在有压管道中,由于某种原因(如
阀门启闭,换向阀变换工位,水泵机组突 然停车,管道中有气室等),使液体流速 度发生突然变化,同时弓}起管道中液流压 力急剧上升或下降的现象,称为水击,或 水锤.水锤引起的压强升高,可达管道正 常工作压强的几十倍至数百倍.另外,还 会使管内出现负压.压强大幅波动,有很 大的破坏性,可导致管道系统强烈振动, 噪声,造成阀门破坏,管件接头破裂,断 开,甚至管道炸裂等重大事故.因此水锤 具有很大的破坏性,严重威胁管路系统的 安全.任何经常使用快开快闭或水泵启停 的压力流管路系统中都存在水锤危险.而 且,水锤不仅仅局限于水系统,任何流体
如蒸汽,冷凝液,酸溶液,原油和汽油, 啤酒,锅炉给水及化学品等压力管路系统 都可能产生水锤——不论压力大小,各种 尺寸,长度和布局走向的管路系统都存在 水锤的危险.它能够传递很远的距离,并 影响远离水源的设备和管路配件. 某化工厂有一根中50mm的40号钢管 传输化学溶液至混合池,工艺要求该化学 溶液需在0.2秒内切断,管道的长度是 61m,系统最大设计压力为1.0MPa,系 统工作压力为0.5MPa,化学溶液流速为 3m/s.这一管路系统经常发生管道或阀 门被水锤破坏现象,那么这一系统的瞬时 最高压力究竟有多高呢?
一
水锤分析
液体流经管道时,它具有动能.当
液体突然停止,它的动能必须被消除.图 l为一压力管道的示意图.
管道末端有一节流阀A,阀门全开时 管道中的恒定流速为Vo,若忽略水头损失, 管末水头为Ho,管道直径为do,水的密 度为po.当阀门突然关闭(关闭时间=0) 后,阀门处的流速为零,管道中的水体由 于惯性作用,仍以流速Vo流向阀门,首 先使靠近阀门dx长的一段水体受到压缩, 如图1(a),在该段长度内,流速减为 零,水头增至Ho+?H,水的密度增至P o+?P,管径增至do+?d.由于dx上游
水体未受到阀门关闭的影响,仍以流速 Vo流向下游,使靠近dx上游的另一段水 体又受到压缩,其结果使流速,压强,水 的密度和管径变化与dX段相同.这样, 整个压力管道中的水体便逐步被压缩.水 头变化?H称水锤压强,其前峰的传播速 度C称水锤波速.
当时间t=L/C(L为管长)时,水
锤波传到B点.B点的左边为水库,压强 不变,右边的压强比左边高?H,不能平 衡,管道中的水体被挤向水库,其流速为 Vo,使管道进口的压强恢复到初始状态Ho, 水的密度和管径也恢复到初始状态po和 do,可以看出,水锤波在B点发生了反 射,反射波的绝对值与入射波相同,均为 ?H,但符号相反,即由升压波反射为降 压波,故B点的反射规律为异号等值反 射,这是水库对水锤波反射的特点. B点的反射波以速度C向下游传播, 反射波所到之处,消除了升压波的影响, 使管道中水的压强,密度和管径都恢复到 初始状态,但流速方向与初始状态相反, 见图1(b).
当t=2L/c时,管道中的压强虽恢复 正常,但其中的水体仍以流速Vo向上游 流动,由于阀门是关闭的,要求流速为 零,故此向上游的流速Vo必然在阀门处 引起一个压降?H,可以看出,水库反射 波在阀门处再一次发生反射,其数值和符
号均不变,即降压波仍反射为降压波,故 A点的反射规律为同号等值反射,这是阀 门完全关闭状态下的反射特点. 阀门处的反射波仍以速度Vo向上游 传播,所到之处,管道内压强降为HO一 ?H,管径减为do—Ad,水的密度变为pO一 ?p,流速变为零,如图1(C)所示. 当t=3L/c时,阀门的反射波到达B 点,B点右边管道中的压强比左边水库低? H,压强仍不能平衡,水库中的水体必然以 流速Vo挤入水管,使水管的压强逐步恢复 正常,如图1(d).可见,水库将阀门反射 回来的降压波又反射成升压波,以速度C传 播回去,其值仍为?H,这是符合水库的"异 号等值"反射规律的.
当t=4L/c时,水库第二次的反射波 又到达A点,此时整个压力管道中的压强 和流速都恢复到初始状态.因此,时间 t=4L/C称为水锤波的"周期".此后水 锤现象又重复以上过程.水锤波在管道中 传播一个来回的时间t=2L/c,称为水锤波的 "相",两相为一周期.
t=2L/c?
其中:
t=时间,单位秒;
L=管道长度,单位米;
C=压力波传递速度,单位米/秒,
对于不同的管道系统,C由下式决 定:
c=1421/1~?
其中:
K=水的弹性模量与管材的弹性模量 图1压力管道水锤示意图
.舞毒.
一
.
_
中国科技信息2oo8年第15期HIIscl刚cE1_E隙)GYlATloNAug.2o08
之比,水的弹性模量在20?时为
3000MPa,对钢管而言,K=0.0146l r=管道内径与管道壁厚之比.
最大水锤升压由下列方程式决定: h=cV/g?
其中:
h=水流被突然切断时的水锤升压, 单位米水柱;
V=刚被切断之前的水流速度,单位 米/秒;
g=重力加速度,单位米/秒.
系统的总压力等于将h加上正常的管 道压力,如果系统总压力接近或超过其设 计压力,就存在管道系统被破坏的危险. 以上分析忽略了摩擦和阻力的影响, 摩擦和阻力的存在将带来能量的损耗,实 际上,水锤波在管道中的传播不是一个振 幅不变的持续振荡,而是逐渐衰减趋于消 失.实际上阀门不可能突然关闭,总有一
定的历时,其水锤现象比突然关闭情况要 复杂得多,但上述水锤波传播和反射的规 律仍然适用.
二,水锤的防范
如果延长水流切断时间,让水锤波沿 系统来回传递,则可降低水锤的压力.对 任何水流被切断时间T的实际水锤升压 为:
l~---h=(ft)=icV千t:了2L=
?
其中:
h=实际水锤升压,单位米水柱;
T==水流被切断实际所花的时间,单 位秒.
只要确保水流被切断的实际操作时间 T是水锤相t等的5,10倍,就可以使 实际水锤压力h被限定在安全值以内,从 而消除破坏性的水锤危害.
现在,让我们查验一下文章开头提及 的某化工厂的管道问题,方程式?决定压 力波从阀门处传到管道系统另一端又传递 回来的时间t.首先由方程式?算出波速 c,对于40号中50钢管而言,c值约等于 1309m/s,将该值代入方程式?,水锤相 为:
t=2L/c=2X61/l309=0.093秒;
如果液体被瞬间切断,由方程式?得 到最大水锤升压为:
h=cV/g=1309X3/9.8=401mH,O
3.93MPa:
由方程式?得到对于关闭阀门历时为 0.2秒的实际水锤升压为:
h=h/(t/T)=401n'0.093=186mH
2
O
1.82MPa'
将水锤升压加上系统工作压力0. 5MPa,得到水锤瞬间总压力为2.32MPa, 因此,虽然这一瞬时压力历时很短,但仍 可能破坏系统,因为系统的设计压力只有 1MPa,远低于这关闭阀门历时为0.2秒所 产生的水击压力.为此,为保证该系统能 够稳定安全地工作,系统的设计压力应提 高到2.5MPa.
三,结论
根据以上的分析和实例计算,我们得 出防范水锤的几项措施:
1.限制管中流速,水锤强度与管中流 速成正比,减小流速,便可减小水锤强. 度,因此一般给水管网中,限制V<1.1 5m/S:
2.操作运行中应缓慢启闭阀门以延长 阀门启闭时间(T/t=5,10),从而避免 产生直接水击并可降低间接水击强度; 3.管路当中按规定安装排气阀,避免 管道当中存在气室,产生直接或间接水 锤;
4.采用弹性模量较小的管材,使水锤I 波传播速度减缓,从而降低直接水锤强度;
5.设置安全阀,进行水锤过载保护.; 《上接第48页
铺机的摊铺宽度不足时,采用2台摊铺机 一
前一后同步向前摊铺混合料,并一起进 行碾压,这样也可以避免纵向接缝.如有 施工中断超过混合料的凝结时间时,需设 置横向接缝,其处理方法是将摊铺机附近 及其下面未经压实的混合料铲除,将已碾 压密实且高程和平整度符合要求的末端挖 成一横向垂直向下的断面,摊铺机返回到 压实层的端部,用木垫板垫至虚铺高度, 再摊铺新的混合料,继续下一步施工. 6,碾压
基层压实,是为了提高稳定基层的密 实度,降低透水性,减少毛细水上升高 度,阻止水分积聚,减轻冻胀,避免翻 浆,防止不均匀变形.混合料摊铺成型, 含水量等于最佳含水量或大干最佳含水量 2%时,即可用l2吨以上的压路机紧跟摊 铺机后面进行碾压,碾压段长度可根据施 工现场气温情况而定,气温高时,水分蒸 ,
50
发快,缩短碾压段长,反之,可适当延 长碾压段长度.碾压应由低处向高处逐步 进行.碾压时,配合人员要跟机作业,要 求碾压时碾压轮横向错半轮,碾压时,压 路机行走速度为1.5—2km/h,密实度
增大后,可适当增大碾压速度.往返一次 为一遍,一般碾压遍数:静压一遍,振 动压3,5遍.达到规定遍数后,由试验 人员检测密实度,不合格时,应继续碾压 直到合格,压实度合格后,静压一遍成 活.全部碾压操作应在稳定料运送到工地 2,3h内完成.碾压过程中要求满幅碾 压,不得漏压,各部位碾压次数应相同, 路幅两边应适当增加碾压遍数.碾压过程 中,应适当洒水,使水泥稳定土表面始终 保持潮湿,炎热气候,混合料表面水分蒸 发过大时,应及时洒水,适当增大洒水 量.如果出现"弹簧",松散,起皮,
"臃包"等现象,应用人工及时翻开重新 拌和或换填新的混合料,使其达到质量要 求.
7,养生
每段碾压完成后,应立即进行养生, 水泥稳定层最终强度形成需要经过相当长 的时间,养生对其强度形成有非常重要的 影响,是施工中重要的环节.养生一般可 采用洒水车洒水或草袋,帆布等适合的材 料覆盖.用洒水车养护时,洒水次数要根 据气候及路面水分蒸发情况确定,养生期 间应始终保持表面潮湿.养生期一般为7 天,水泥稳定层摊铺完成进入养生期后, 应封闭交通,除洒水车外,其他车辆不得 通行.施工车辆必须通行时,应限制载重 车辆通行,通行车辆车速不应超过20km
/h,严禁急转弯或急刹车.
五,水泥稳定碎石砂基层几个问
题的探讨
1,加强施工管理,加大机械化施工 程度
由于水泥稳定碎石砂基层施工要求时 间紧迫,同时要求一次达到质量标准,否 则形成板体不易修整.所以必须加强施工 管理,加大机械化施工程度,形成大规 模,标准化作业方式,才易满足其施工要 求.
2,水泥用量用水量的控制
在拌和时水泥用量一定要控制准确, 用量太少减少胶凝作用,用量太大加大水 化热反应温度,极易形成裂缝,另外在振 动式压路机振动时,极易形成一层水泥浆 覆盖在表面,阻止水化热的挥发,不利于 压路机作业.
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