消防泵,消防水泵為什么會(huì )形成水錘，怎么解決水錘問(wèn)題

2020/01/13

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水錘的產(chǎn)生

在有壓管道中流動(dòng)的液體，由于某種原因流速發(fā)生突然變化，由于液體的慣性，引

起壓力急劇增高或降低的交替變化，即幾力波。這種現象稱(chēng)為水錘。

(1)壓力波傳播速度

出水管內傳播的壓力波的速度可由下式計算

水泵 水錘

式中a—一壓力波傳播速度，m/s;

Y——液體的密度，kg/m3;

K—液體體積彈性模量，水在常溫下為2. 03 X 109Pa;

E一管材的縱向彈性模量Pa;

D一出水管的內徑，m;

t-一出水管管壁厚度，m;

C——出水管固定方式的系數，軸向自由的管C=1

若將常溫水的K和Y代人上式，可得在水常溫下的簡(jiǎn)化公式

水泵 水錘 

幾種管材的E值如下。

鑄鐵管108.9X 109 Pa;鋼管206 X 109 Pa;預應力混凝土管39.2X 109 Pa;離心力鋼筋混凝土管19. 6X 109 Pa;聚氯乙烯管2. 9 X 109 Pa;石棉管25. 5 X 109 Pa;強化塑膠管11.3X 109~22.6 X 109 Pa

(2)水錘的發(fā)生過(guò)程

1)壓縮階段:閥門(mén)關(guān)閉，靠近閥門(mén)的液體流速突然變?yōu)?. 壓力p增加到p+△p.壓力增高以水錘波的形式從閥門(mén)向管道進(jìn)口側傳播，設水錘波傳播速度為a，傳到進(jìn)口的時(shí)間為:水泵 水錘，如圖6-46(a)所示。

2)恢復階段:增壓△p的液體向箱內倒流，使壓力恢復到p，液體的壓縮被解除.這種減壓恢復也以水錘波的形式，從管道進(jìn)口傳播到閥門(mén)處.時(shí)間為:水泵 水錘 如圖6-46（b）所示  

3)膨脹階段:管道進(jìn)口處的液體，壓力增高雖然被解除，由于慣性仍然向水箱倒流首先在靠近閥門(mén)處形成一個(gè)減壓△P水錘波，向管道進(jìn)口方向傳播，最后整個(gè)管道

內液體的壓力變?yōu)閜——△p，液體壓力降低，處于膨脹狀態(tài)，時(shí)間為: 如圖6-46 （c)所示。

4)恢復階段:   

恢復階段:靠近管道進(jìn)口的液體，在兩側壓差的作用下，向閥門(mén)側流動(dòng)，壓力也恢復到正常壓力P，時(shí)間為： 水泵 水錘
 

時(shí)間為  水泵 水錘如圖6——46 (d）所示。

（3)直接水錘和間接水錘及其正力增高 

1)直接水錘:閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，水錘波從閥門(mén)處向水箱方向傳播，再以常壓恢復波的形式返回到閥門(mén)之前，閥門(mén)已近關(guān)閉，即關(guān)閉時(shí)間。 水泵 水錘 
 

水泵 水錘

圖6一46 水錘的發(fā)生過(guò)程

直接水錘的壓力增高

水泵 水錘

式中μ0一關(guān)閉閥門(mén)前，管道中流體的平均流速，m/s;

a——水錘波傳播速度，m/s

P——液體的密度，kg/m3。

2)間接水錘:如果閥門(mén)尚未完全關(guān)閉 水泵 水錘

間接水錘的壓力增高

水泵 水錘

式中Tr—水錘波往返一次的時(shí)間S

Ts—關(guān)閉閥門(mén)所用的時(shí)間,s

(4)儒可夫斯基計算壓力增高公式

水泵 水錘  

式中△H壓力上升值;

△μ-一流速變化;

△Q—流量變化。 

防止水錘發(fā)生的措施

(1)水錘防止裝置圖例說(shuō)明

水泵裝置中的水錘有壓力上升和壓力下降2類(lèi)，根據出水管路的布置情況及發(fā)出壓

力變動(dòng)的位置等，以圖6--49中的管路布置為例，說(shuō)明防止水錘發(fā)生的措施。

水泵

圖6一49 泵裝置中防止水錘的各種措施圖例

（2)水錘防止裝置的構成

1)飛輪。飛輪增加水泵轉子體的轉動(dòng)慣量GD2，從而防止水泵突然停機后轉速的急劇下降。這樣由出水池反射引起的壓力上升值也減小，并使壓力變動(dòng)幅度變小。采用飛輪是可靠性最高的防止水錘措施之一。有專(zhuān)用氣輪和兼作聯(lián)軸器的飛輪。

2)壓力波動(dòng)消除器。閥V;是在水泵出水側壓力異常上升時(shí)，將該壓力上升釋放到進(jìn)水側而設置的，或者在出水側壓力突然降低時(shí)，從進(jìn)水側補水。用于此用途的閥稱(chēng)作壓力波動(dòng)消除器。

3)串聯(lián)逆止閥C2。是設在出水管中間的逆止閥，和逆止閥C1分擔水錘壓力口

4)壓力罐。內部壓力與水泵所產(chǎn)生的壓力相等.所以設置壓力罐能夠使整個(gè)管路受益。壓力罐可以采用多種型式，其中如圖6-50(a)壓力罐既用于壓力上升也用于壓力下降。圖6-50(c)壓力罐和圖6-50 (b）壓力罐相似，只是多了一根回水管，以迅速吸收管內的壓力波動(dòng)，其有優(yōu)良的穩定性。壓力罐一般用于流量比較小和揚程比較高，

在出水管末端附近要防止壓力下降場(chǎng)合等。但是對設置位置無(wú)限制的場(chǎng)合，應盡可能建在發(fā)生壓力下降的位置附近，以減小壓力罐容量。

5)單向壓力罐(池)。圖6-50 (b)壓力罐專(zhuān)用于壓力下降，根據罐內的空氣壓力，僅在發(fā)生壓力下降時(shí)，當出水管路的壓力降低于單向調壓水罐的壓力時(shí)，設在連接管中間的逆止閥打開(kāi)進(jìn)行補水。

6)壓力吸收裝置。用于容量比較小的水泵設備。其中的一種型式如圖6-51所示，內部采用雙層管、呈彈性波紋管形。壓力上升波紋管就會(huì )變形，容積增加具有吸收壓力變化的功能。

7)蓄能罐。雖然多用于較小的水泵設備，但若設置多個(gè)也能適應中型水泵設備的需要。其型式一般在球形的中央用真空膜隔開(kāi)，上部往往充滿(mǎn)氯氣。當出現水錘壓力增大時(shí)，內部氯氣被壓縮，體積減小變成吸收壓力上升的構造。在補給水量很小的場(chǎng)合不但可用蓄能罐替代壓力罐，而且這種蓄能罐除用作防止水錘外，還具有吸收出水管內壓力

脈動(dòng)和噪音、振動(dòng)等效果，其形式如圖6 ——52所示。

水泵

圖6——50壓力罐形式

圖6-57壓力吸收裝置示例

8)普通調壓水箱(調壓塔)。如圖6-53所示，當調壓水箱的橫斷面設計足夠大時(shí)，壓力波肯定能在設計位置被反射口所以在調壓水箱之后的出水管就不擔心發(fā)生水錘，有可能作為自流的流體處理。普通調壓水箱用于管內壓力下降后需要大量補水的場(chǎng)合對容積小f工只有壓力要求的場(chǎng)合，可采用調壓塔，但一般情況下建設費用往往很高。

水泵

圖6一52標準蓄能罐圖例  

圖6一53調壓水箱的形式 

   9)通氣管或空氣閥。在出水管路存在凸起點(diǎn)時(shí)，凸起點(diǎn)下游水流在突然停機后有時(shí)仍能繼續向前流動(dòng)。在這種情況下，在該位置設置通氣管或空氣閥.以便在出水管路壓力降低時(shí)補給空氣。

   空氣一旦進(jìn)人出水管內，就有必要認真進(jìn)行排氣。因此，作為防止水錘的措施，原則上采用補充空氣的方法僅限于必須的場(chǎng)合。防止壓力下降的基本對策最終仍以補水為主，這點(diǎn)極為重要。

   空氣管的粗細要控制最大風(fēng)速在48m/s以下，端部附有消音器以防產(chǎn)生吸氣噪音，此處還需要安裝保護套和金屬網(wǎng)等。另外，立式泵且為長(cháng)出水管突然停機，因為經(jīng)常在水泵葉輪和逆止閥之間出現負壓，故突然停機時(shí)，必須?？康仄茐恼婵?。