1、 建筑工程壓力管道水錘及防范措施【摘 要】建筑工程壓力管道在運行時，由于突然停電或停泵,使管道中的流速和動量發(fā)生急劇變化,而發(fā)生水錘或叫水擊現(xiàn)象, 水錘可導致管道系統(tǒng)的強烈震動，對管道系統(tǒng)造成影響或破壞，甚至危及設(shè)備和人身的安全。因此，建筑工程汽（水）壓力管道如果發(fā)生水錘，會直接影響汽（水）壓力管道系統(tǒng)的安全運行。如何保證汽（水）壓力管道的安全穩(wěn)定運行，對水錘現(xiàn)象進行了分析和探討,提出了預防壓力管道水錘的方法和措施,防止水錘現(xiàn)象發(fā)生，對建筑工程汽（水）壓力管道有著重要意義。【關(guān)鍵詞】建筑工程；壓力管道；水錘 ；防范措施1 水錘的具體表現(xiàn)及其特征1.1 液體管道水錘現(xiàn)象及其特征在壓力管道中，在一
2、定外界因素（如開泵、停泵、開關(guān)閥門過快）作用下，使得液體的流速急劇變化，從而造成管道中的液體壓力顯著、反復、迅速地變化，由于壓力水流的慣性,產(chǎn)生水流沖擊波,就象鐵錘敲打一樣，這種現(xiàn)象稱為水錘（或叫水擊）。水錘引起管道中的壓力升高，可以超過管道中正常工作壓力的幾十倍至幾百倍，以致管壁產(chǎn)生很大的應力，而壓力的反復變化將引起管道和設(shè)備的振動，并造成管道、管件和設(shè)備的損壞，甚至造成管道爆裂等事故。在發(fā)生負水錘時管道中的壓力降低，如壓力降得過低可能導致管中產(chǎn)生真空，在外界壓力的作用下，會將管道擠扁。1.2 蒸汽管道水錘的現(xiàn)象及其特征蒸汽管道發(fā)生水錘時，管道系統(tǒng)會發(fā)生振動，管道、支（吊）架及管道穿墻處均有
3、振動，水錘越強烈振動也越強烈;投運時暖管或疏水不足的管道多階段性地發(fā)出“咚咚”的聲響；而蒸汽帶水進入管道則多發(fā)出類似空襲警報聲的連續(xù)嘯叫聲；停運后的蒸汽管道多階段性的發(fā)出如金屬敲擊般的尖銳聲響。管道系統(tǒng)在蒸汽帶水進入管道時，如管道系統(tǒng)有法蘭連接情況下，在管道的法蘭結(jié)合處容易發(fā)生冒汽現(xiàn)象，水錘嚴重時，法蘭墊被沖壞致使大量漏汽。2 水錘產(chǎn)生的根源由于液體存在慣性和可壓縮性，管道是彈性材料，當打開的閥門突然關(guān)閉，液體對閥門及管壁，主要是對閥門會產(chǎn)生一個壓力。由于管壁光滑，后續(xù)液體在慣性的作用下，不斷的壓縮前方液體，液體把壓力傳遞給閥門和管壁。以上情況即是通常所說的“正水錘”。 相反，關(guān)閉的閥門在突然
4、打開后，也會產(chǎn)生水錘，叫“負水錘”。 水錘是流體系統(tǒng)里的一種能量消耗不及時導致的現(xiàn)象，本質(zhì)是能量波場的不平衡，多余能量無法及時在流體里消耗，所以傳給管道系統(tǒng)，以震動、聲波的方式進行消耗，同時液體粘性作用也消耗能量，使水錘的波動幅值逐漸趨于消失。3 水錘在管道中的傳播水錘在管道中的傳播就形成了水流沖擊波，水流沖擊波在傳播過程中，管道各斷面的流速和壓強均周期性的升高和降低，設(shè)想流速突然變化、波動過程無能量損失的水擊模型，上游接水庫，當下游閥門突然關(guān)閉時，靠近閥門的液體流速由正常 降低至零，壓強增大。這種減速增壓的增壓波以彈性波速的形式 上行傳播，歷時 一段時間 到達上游末端,以壓強恢復為原始壓強的
5、減速減壓常壓波向下行傳播,經(jīng)歷同樣的時間回到閥門。此后再以壓強低于原值的增速減壓波上行傳播，又以增速增壓的常壓波下行回到閥門。完成整個水擊周期 。以后將不斷地重復上述波動過程。閥門突然開啟時，水錘現(xiàn)象與上述情況相反。如果不存在水力摩阻，則上述的水錘過程將永遠地反復下去，但由于水力摩阻的存在，水錘過程不可能永遠地振蕩下去，水流沖擊波因摩擦損失而逐漸衰減，在一定時段內(nèi)逐漸消失。4 水錘壓強水流沖擊波在閥門和水庫之間往返一次所需的時間，稱為一個相長，如果引起水流速度突然變化發(fā)生的時間小于一個相長，此種水流沖擊波為直接水錘，如果引起水流速度突然變化發(fā)生的時間大于一個相長，此種水流沖擊波為間接水錘。由于
6、直接水錘破壞性大，故此處只列出水錘壓強最大值的公式，p=. v，p為水錘壓強最大值，為液體的密度，水流沖擊波的傳播速度，v為水擊前管中平均流速，從上式中可以得出結(jié)論：水錘壓強最大值只與水流沖擊波傳播速度和水擊前管中平均流速有關(guān)。故在預防水錘時直接水錘為主要預防對象，并且應盡量降低水錘壓強的最大值。5 水錘的預防措施在建筑工程各類給水管道設(shè)計中，已經(jīng)采取相當多的技術(shù)措施，如盡量縮短管道長度或保證閥門一定的啟閉時間；如增大管道直徑以降低管中流速，從而使水錘發(fā)生時速度的變化量降低，相應地減小水錘壓力的數(shù)值；如在管道上裝設(shè)安全閥及抗水錘的專用閥門，當管中壓力升高值超過允許數(shù)值時，安全閥開啟泄壓，使管中
7、壓力不致有過大的升高等一系列防范措施。運行時對于壓力管道發(fā)生水錘時，也能采取適當處理措施控制防范水錘的產(chǎn)生與擴大：5.1 壓力管道內(nèi)留有蒸汽或空氣而發(fā)生水錘時，可暫將水泵停運，停止管道內(nèi)水錘的能量的來源，并同時開啟管道上的空氣閥，排出空氣，打開低點疏水閥，排盡積水。檢查管道系統(tǒng)的放空閥沒有空氣排出，排水閥無積水排出時，關(guān)閉排水閥，對水泵出口閥前管道系統(tǒng)進行注水，此時注意放空閥不能關(guān)閉，在注水期間觀察放空閥的空氣排出情況。當放空閥排出的水流趨于穩(wěn)定時，關(guān)閉放空閥，重新啟動水泵運行，但注意水泵出水閥后的放空閥要處于打開狀態(tài)，待出水流水穩(wěn)定后在關(guān)閉。此類水錘一般容易發(fā)生在循環(huán)水管道系統(tǒng)，最易形成水錘
8、的運行工況是循環(huán)水泵啟、停，出口蝶閥開、關(guān)過程時。避免發(fā)生水錘的措施是：水泵出口蝶閥開、關(guān)行程的時間曲線應符合設(shè)計要求進行調(diào)整，啟泵前應設(shè)法向管道系統(tǒng)內(nèi)灌水、排盡空氣，啟泵后再排出剩余的空氣。5.2 水泵或出口逆止閥工作不正常而發(fā)生水錘時，應及時切換為備用泵運行，檢查水泵及逆止閥。若是流量不穩(wěn)、波動大引起的，則應設(shè)法調(diào)整相關(guān)水泵或閥門以保持流量穩(wěn)定。5.3 要注意高溫飽和水管道及相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)，防止壓力驟然下降，管道內(nèi)飽和水汽化引起沖擊。此類水錘容易發(fā)生在凝結(jié)水管道和中低壓給水管道系統(tǒng)中，因此在這些系統(tǒng)運行時，應特別注意閥門開啟和關(guān)閉時間的調(diào)節(jié)。5.4 根據(jù)管道特性調(diào)整各類電動閥門啟閉時間，適當延長閥門的啟閉時間。采用正確的閥門操作方法，管道操作中啟停過程應嚴格按照調(diào)試和運行規(guī)程控制閥門的開關(guān)順序及速度。總之水錘在有壓管道中是客觀存在的，在建筑汽（水）壓力管道中也是一個非常普遍的問題，并且危害非常大。但只要能正確認識水錘發(fā)生的原因，在工程中采用合理的預防措施和操作方法，一定能將水錘的危害降到最低。
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