水擊操縱是給水管道系統(tǒng)開發(fā)的一項(xiàng)主要具體內(nèi)容。水擊的產(chǎn)生與閘閥的快速關(guān)掉/打開相關(guān),因?yàn)殚l閥關(guān)掉/打開時(shí)長(zhǎng)Ts與水擊波的相長(zhǎng)T的差別,主要表現(xiàn)為立即水擊和間接性水擊二種方式。
當(dāng)Ts﹤T時(shí),在閘閥關(guān)掉流程中,反射面過來的水擊波并未抵達(dá)閘閥時(shí),閥已關(guān)掉,水擊波所形成的氣體壓強(qiáng)提高值無影響功效,這類水擊稱之為立即水擊,閘閥開情況與關(guān)掉情況恰好反過來,配有一般截止閥的恒壓供水系統(tǒng)中經(jīng)常造成立即水擊。
當(dāng)Ts﹥T時(shí),在閘閥關(guān)掉流程中,反射面過來的水擊波抵達(dá)閘閥時(shí),閥門并未徹底關(guān)掉,水擊波造成的氣體壓強(qiáng)升值遭受了影響,水擊最高值被減少,這類水擊稱之為間接性水擊。在同一標(biāo)準(zhǔn)下,立即水擊比間接性水擊的不良影響要大很多,傷害較大的是掉線拍照水擊。株洲市南方地區(qū)閥門制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造的多用途水泵控制閥,便是根據(jù)操縱閥體的關(guān)上情況,導(dǎo)致間接性水擊的產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)來保持管路系統(tǒng)的水擊安全防護(hù)的。
1.水擊波增加壓力值的概念測(cè)算
給排水系統(tǒng)軟件水擊波的工作壓力最高值P為離心水泵的額定值一致P1和水擊工作壓力升值△P的迭加值即:
P=P1 △P(1)
(1)立即水擊工作壓力升值△P
按儒可洛夫斯基公式計(jì)算,可以測(cè)算恒壓供水系統(tǒng)中產(chǎn)生立即水擊時(shí)的工作壓力升值△P
(2)
△P—立即水擊的工作壓力升值,Kpa;
V0—水擊造成前管路中的均勻流動(dòng)速度,m/s;
V—水擊造成后管路中的均勻流動(dòng)速度,m/s;
(3)
式中,K:水的彈性模具,N/m2;K=2.04×105N/cm2
E:壁厚原材料的彈性模具,N/m2,無縫鋼管或鋼筋混凝土管,EO=2.04×107N/cm2
D:供水管道的孔徑,mm;δ:供水管道的壁厚存度,mm;
CO=K/ρ,在相對(duì)密度為ρ,彈性模具為K的無邊界液態(tài)物質(zhì)中音效的傳播速率,針對(duì)水,CO=1425m/s。
從式(2)可以看得出,當(dāng)管路原材料以及所傳送的物質(zhì)明確之后,立即水擊的工作壓力升值△P,是管經(jīng)和流動(dòng)速度的函數(shù)公式,△P=f(V,1/D),立即水擊的工作壓力升值△P伴隨著流動(dòng)速度的增加而擴(kuò)大,伴隨著管經(jīng)的提高而減少。因此在工程技術(shù)中可以利用減少流動(dòng)速度即擴(kuò)大管經(jīng)來減少水擊的傷害。
(2)間接性水擊工作壓力升值△P1的測(cè)算
間接性水擊的工作壓力升值測(cè)算比較復(fù)雜[2][3],可按流體力學(xué)公式開展測(cè)算
△P,=T/Ts·△P(4)△P'—間接性水擊時(shí)的壓力升值,Kpa;
因?yàn)楫a(chǎn)生間接性水擊時(shí),Ts﹥T,由式(4)得知,△P'﹤△P,即一樣標(biāo)準(zhǔn)下間接性水擊較立即水擊的水錘工作壓力最高值要小。
當(dāng)閘閥的關(guān)掉(打開)時(shí)長(zhǎng)Ts,水擊波的相長(zhǎng)T明確以后,可以按(4)式立即測(cè)算間接性水擊的工作壓力升值。在具體采用離心水泵多用途閥時(shí),當(dāng)孔徑超過DN800時(shí),一般以Ts=(1.3-1.5)T,Ts≯2.0T為宜。當(dāng)管道直徑較小、管路不長(zhǎng)時(shí),Ts可以適度增加,閉閥歷經(jīng)Ts可以是水擊相T=2L/C的2-10倍,把具體水擊工作壓力P限制在可靠范疇內(nèi)??筛鶕?jù)調(diào)節(jié)閥開閉姿勢(shì)時(shí)長(zhǎng)(3~120s),使測(cè)算水擊工作壓力最高值低于1.5倍離心水泵壓力。這一點(diǎn)有別于液控緩閉閥,液控緩閉閥是根據(jù)快關(guān)、慢關(guān)兩環(huán)節(jié)完成的,在快關(guān)環(huán)節(jié),關(guān)掉視角大,約為60-80%,而時(shí)長(zhǎng)很短,為1-2s;在慢關(guān)環(huán)節(jié),關(guān)掉視角小。關(guān)掉時(shí)長(zhǎng)過長(zhǎng),非常容易造成
二類壓力容器中的水很多逆流,使離心水泵翻轉(zhuǎn)速率超出規(guī)定值,或是導(dǎo)致二類壓力容器中的管口被迅速扯斷,一部分管段發(fā)生真空泵,乃至造成掉線拍照水擊。
2、多用途水泵控制閥的水擊操縱全過程
多用途水泵控制閥是一種新式的水力控制閥門,一閥可與此同時(shí)取代現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)離心水泵壓自來水管上的電動(dòng)式蝶(閘)閥、節(jié)流閥和水錘消除器,并能全自動(dòng)完成開泵時(shí)的緩開(準(zhǔn)軟起動(dòng)),停泵時(shí)的速閉/緩閉,大部分可以完成現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)液控緩閉閥的作用,即兩環(huán)節(jié)關(guān)閥全過程,合理地避免水擊安全事故的造成,但它無一切電氣控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力或外力作用汽壓系統(tǒng)軟件。在油路板設(shè)計(jì)方案上還使用了寬油路板流線形設(shè)計(jì)方案,合理地減少了流水摩擦阻力。
多用途水泵控制閥的水擊安全防護(hù)全過程:離心水泵起動(dòng)前,閘閥出入口端工作壓力的作用在分配閥板上,主閥板處在關(guān)掉部位,與此同時(shí)脈沖阻尼器控制板的胸腹腔連通工作壓力水,下腔則與閘閥進(jìn)口的端低電壓互通。離心水泵運(yùn)行后,閘閥進(jìn)口的工作壓力慢慢上升,與此同時(shí)工作壓力水根據(jù)閘閥進(jìn)口的端聯(lián)接管遲緩進(jìn)到脈沖阻尼器控制板下腔,完成分配閥板的遲緩打開,開啟的速度可根據(jù)調(diào)壓閥開展調(diào)整。離心水泵關(guān)機(jī)時(shí),閘閥進(jìn)口的的負(fù)擔(dān)減少,當(dāng)貼近零總流量時(shí),分配閥板在本身作用力的作用下快速關(guān)掉。因閘閥進(jìn)口的端工作壓力減少,閘閥出入口端工作壓力水根據(jù)聯(lián)接管進(jìn)到脈沖阻尼器控制板胸腹腔,下腔水根據(jù)閘閥進(jìn)口的端聯(lián)接管壓回至閘閥進(jìn)口的端,緩閉多孔板遲緩關(guān)掉,慢關(guān)時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)調(diào)壓閥開展調(diào)整。分配閥板的速閉和緩閉多孔板的緩閉合乎給排水系統(tǒng)軟件的兩環(huán)節(jié)關(guān)掉規(guī)律性,因而能合理地減少水擊工作壓力最高值。
聯(lián)接管的配件設(shè)計(jì)方案:微截止閥的功能是確保閘閥打開的時(shí)長(zhǎng)超過電動(dòng)機(jī)開機(jī)時(shí)間,使電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行;閘閥打開時(shí)長(zhǎng)可按照當(dāng)場(chǎng)工作狀況工作壓力設(shè)置。調(diào)壓閥可調(diào)整出入脈沖阻尼器控制板左右腔的水流速度,進(jìn)而調(diào)整緩閉時(shí)長(zhǎng);在離心水泵一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可人工實(shí)際操作該閥來開閉閘閥。過濾裝置是確保脈沖阻尼器控制板左右腔原水的潔凈度。因?yàn)殚l閥在打開全過程中流水是往復(fù)式出入的,自身具備反清洗的功效,因而也可用以物質(zhì)較弱的狀況。
多用途水泵控制閥分配閥板的打開是由管路中的流水撞擊力尺寸影響的,流動(dòng)速度高時(shí)主閥板打開度大,流動(dòng)速度減少時(shí)閥板打開度?。涣鲃?dòng)速度靠近于零時(shí),分配閥板關(guān)掉。整個(gè)過程與清除水擊的兩環(huán)節(jié)關(guān)掉基本原理相符合,因而清除水擊實(shí)際效果非常好。
多用途水泵控制閥緩閉多孔板的關(guān)掉,是在脈沖阻尼器式控制板左右腔產(chǎn)生壓差后才能完成,即分配閥板關(guān)掉后,緩閉多孔板方可關(guān)掉,因而不可能發(fā)生緩閉與速同歩的狀況。
3運(yùn)用案例
健康鐵路線自來水廠改建工程:
設(shè)計(jì)方案水泵功率80m,地貌坡度68.4m,設(shè)計(jì)方案總流量850m3/h,管規(guī)格DN400,長(zhǎng)度為6.0km,設(shè)計(jì)方案流動(dòng)速度0.50—1.20m/s,C=980.4m/s,水擊波相長(zhǎng)T為12.2s,Ts=2.25T=30s時(shí),理論上,造成間接性水擊的最高值為1.34Mpa,組裝多用途水泵控制閥后,造成的停泵水擊工作壓力最高值為0.98Mpa;組裝一般截止閥停泵水擊工作壓力最高值則為1.88MPa。據(jù)當(dāng)場(chǎng)檢測(cè),組裝JD745X—10DN400多用途水泵控制閥,緩閉時(shí)長(zhǎng)為30s時(shí),停泵工作壓力最高值為0.95MPa,低于1.20Mpa,而原配備為電動(dòng)蝶閥和微阻緩閉碟閥,停泵工作壓力最高值為1.2~1.4MPa。停泵后離心水泵較大翻轉(zhuǎn)速率為600r/min,與原配備同樣。經(jīng)好幾處實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)用證實(shí),多用途水泵控制閥具備較好的水擊安全防護(hù)功效。
當(dāng)Ts﹤T時(shí),在閘閥關(guān)掉流程中,反射面過來的水擊波并未抵達(dá)閘閥時(shí),閥已關(guān)掉,水擊波所形成的氣體壓強(qiáng)提高值無影響功效,這類水擊稱之為立即水擊,閘閥開情況與關(guān)掉情況恰好反過來,配有一般截止閥的恒壓供水系統(tǒng)中經(jīng)常造成立即水擊。
當(dāng)Ts﹥T時(shí),在閘閥關(guān)掉流程中,反射面過來的水擊波抵達(dá)閘閥時(shí),閥門并未徹底關(guān)掉,水擊波造成的氣體壓強(qiáng)升值遭受了影響,水擊最高值被減少,這類水擊稱之為間接性水擊。在同一標(biāo)準(zhǔn)下,立即水擊比間接性水擊的不良影響要大很多,傷害較大的是掉線拍照水擊。株洲市南方地區(qū)閥門制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造的多用途水泵控制閥,便是根據(jù)操縱閥體的關(guān)上情況,導(dǎo)致間接性水擊的產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)來保持管路系統(tǒng)的水擊安全防護(hù)的。
1.水擊波增加壓力值的概念測(cè)算
給排水系統(tǒng)軟件水擊波的工作壓力最高值P為離心水泵的額定值一致P1和水擊工作壓力升值△P的迭加值即:
P=P1 △P(1)
(1)立即水擊工作壓力升值△P
按儒可洛夫斯基公式計(jì)算,可以測(cè)算恒壓供水系統(tǒng)中產(chǎn)生立即水擊時(shí)的工作壓力升值△P
(2)
△P—立即水擊的工作壓力升值,Kpa;
V0—水擊造成前管路中的均勻流動(dòng)速度,m/s;
V—水擊造成后管路中的均勻流動(dòng)速度,m/s;
(3)
式中,K:水的彈性模具,N/m2;K=2.04×105N/cm2
E:壁厚原材料的彈性模具,N/m2,無縫鋼管或鋼筋混凝土管,EO=2.04×107N/cm2
D:供水管道的孔徑,mm;δ:供水管道的壁厚存度,mm;
CO=K/ρ,在相對(duì)密度為ρ,彈性模具為K的無邊界液態(tài)物質(zhì)中音效的傳播速率,針對(duì)水,CO=1425m/s。
從式(2)可以看得出,當(dāng)管路原材料以及所傳送的物質(zhì)明確之后,立即水擊的工作壓力升值△P,是管經(jīng)和流動(dòng)速度的函數(shù)公式,△P=f(V,1/D),立即水擊的工作壓力升值△P伴隨著流動(dòng)速度的增加而擴(kuò)大,伴隨著管經(jīng)的提高而減少。因此在工程技術(shù)中可以利用減少流動(dòng)速度即擴(kuò)大管經(jīng)來減少水擊的傷害。
(2)間接性水擊工作壓力升值△P1的測(cè)算
間接性水擊的工作壓力升值測(cè)算比較復(fù)雜[2][3],可按流體力學(xué)公式開展測(cè)算
△P,=T/Ts·△P(4)△P'—間接性水擊時(shí)的壓力升值,Kpa;
因?yàn)楫a(chǎn)生間接性水擊時(shí),Ts﹥T,由式(4)得知,△P'﹤△P,即一樣標(biāo)準(zhǔn)下間接性水擊較立即水擊的水錘工作壓力最高值要小。
當(dāng)閘閥的關(guān)掉(打開)時(shí)長(zhǎng)Ts,水擊波的相長(zhǎng)T明確以后,可以按(4)式立即測(cè)算間接性水擊的工作壓力升值。在具體采用離心水泵多用途閥時(shí),當(dāng)孔徑超過DN800時(shí),一般以Ts=(1.3-1.5)T,Ts≯2.0T為宜。當(dāng)管道直徑較小、管路不長(zhǎng)時(shí),Ts可以適度增加,閉閥歷經(jīng)Ts可以是水擊相T=2L/C的2-10倍,把具體水擊工作壓力P限制在可靠范疇內(nèi)??筛鶕?jù)調(diào)節(jié)閥開閉姿勢(shì)時(shí)長(zhǎng)(3~120s),使測(cè)算水擊工作壓力最高值低于1.5倍離心水泵壓力。這一點(diǎn)有別于液控緩閉閥,液控緩閉閥是根據(jù)快關(guān)、慢關(guān)兩環(huán)節(jié)完成的,在快關(guān)環(huán)節(jié),關(guān)掉視角大,約為60-80%,而時(shí)長(zhǎng)很短,為1-2s;在慢關(guān)環(huán)節(jié),關(guān)掉視角小。關(guān)掉時(shí)長(zhǎng)過長(zhǎng),非常容易造成
二類壓力容器中的水很多逆流,使離心水泵翻轉(zhuǎn)速率超出規(guī)定值,或是導(dǎo)致二類壓力容器中的管口被迅速扯斷,一部分管段發(fā)生真空泵,乃至造成掉線拍照水擊。
2、多用途水泵控制閥的水擊操縱全過程
多用途水泵控制閥是一種新式的水力控制閥門,一閥可與此同時(shí)取代現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)離心水泵壓自來水管上的電動(dòng)式蝶(閘)閥、節(jié)流閥和水錘消除器,并能全自動(dòng)完成開泵時(shí)的緩開(準(zhǔn)軟起動(dòng)),停泵時(shí)的速閉/緩閉,大部分可以完成現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)液控緩閉閥的作用,即兩環(huán)節(jié)關(guān)閥全過程,合理地避免水擊安全事故的造成,但它無一切電氣控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力或外力作用汽壓系統(tǒng)軟件。在油路板設(shè)計(jì)方案上還使用了寬油路板流線形設(shè)計(jì)方案,合理地減少了流水摩擦阻力。
多用途水泵控制閥的水擊安全防護(hù)全過程:離心水泵起動(dòng)前,閘閥出入口端工作壓力的作用在分配閥板上,主閥板處在關(guān)掉部位,與此同時(shí)脈沖阻尼器控制板的胸腹腔連通工作壓力水,下腔則與閘閥進(jìn)口的端低電壓互通。離心水泵運(yùn)行后,閘閥進(jìn)口的工作壓力慢慢上升,與此同時(shí)工作壓力水根據(jù)閘閥進(jìn)口的端聯(lián)接管遲緩進(jìn)到脈沖阻尼器控制板下腔,完成分配閥板的遲緩打開,開啟的速度可根據(jù)調(diào)壓閥開展調(diào)整。離心水泵關(guān)機(jī)時(shí),閘閥進(jìn)口的的負(fù)擔(dān)減少,當(dāng)貼近零總流量時(shí),分配閥板在本身作用力的作用下快速關(guān)掉。因閘閥進(jìn)口的端工作壓力減少,閘閥出入口端工作壓力水根據(jù)聯(lián)接管進(jìn)到脈沖阻尼器控制板胸腹腔,下腔水根據(jù)閘閥進(jìn)口的端聯(lián)接管壓回至閘閥進(jìn)口的端,緩閉多孔板遲緩關(guān)掉,慢關(guān)時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)調(diào)壓閥開展調(diào)整。分配閥板的速閉和緩閉多孔板的緩閉合乎給排水系統(tǒng)軟件的兩環(huán)節(jié)關(guān)掉規(guī)律性,因而能合理地減少水擊工作壓力最高值。
聯(lián)接管的配件設(shè)計(jì)方案:微截止閥的功能是確保閘閥打開的時(shí)長(zhǎng)超過電動(dòng)機(jī)開機(jī)時(shí)間,使電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行;閘閥打開時(shí)長(zhǎng)可按照當(dāng)場(chǎng)工作狀況工作壓力設(shè)置。調(diào)壓閥可調(diào)整出入脈沖阻尼器控制板左右腔的水流速度,進(jìn)而調(diào)整緩閉時(shí)長(zhǎng);在離心水泵一切正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可人工實(shí)際操作該閥來開閉閘閥。過濾裝置是確保脈沖阻尼器控制板左右腔原水的潔凈度。因?yàn)殚l閥在打開全過程中流水是往復(fù)式出入的,自身具備反清洗的功效,因而也可用以物質(zhì)較弱的狀況。
多用途水泵控制閥分配閥板的打開是由管路中的流水撞擊力尺寸影響的,流動(dòng)速度高時(shí)主閥板打開度大,流動(dòng)速度減少時(shí)閥板打開度?。涣鲃?dòng)速度靠近于零時(shí),分配閥板關(guān)掉。整個(gè)過程與清除水擊的兩環(huán)節(jié)關(guān)掉基本原理相符合,因而清除水擊實(shí)際效果非常好。
多用途水泵控制閥緩閉多孔板的關(guān)掉,是在脈沖阻尼器式控制板左右腔產(chǎn)生壓差后才能完成,即分配閥板關(guān)掉后,緩閉多孔板方可關(guān)掉,因而不可能發(fā)生緩閉與速同歩的狀況。
3運(yùn)用案例
健康鐵路線自來水廠改建工程:
設(shè)計(jì)方案水泵功率80m,地貌坡度68.4m,設(shè)計(jì)方案總流量850m3/h,管規(guī)格DN400,長(zhǎng)度為6.0km,設(shè)計(jì)方案流動(dòng)速度0.50—1.20m/s,C=980.4m/s,水擊波相長(zhǎng)T為12.2s,Ts=2.25T=30s時(shí),理論上,造成間接性水擊的最高值為1.34Mpa,組裝多用途水泵控制閥后,造成的停泵水擊工作壓力最高值為0.98Mpa;組裝一般截止閥停泵水擊工作壓力最高值則為1.88MPa。據(jù)當(dāng)場(chǎng)檢測(cè),組裝JD745X—10DN400多用途水泵控制閥,緩閉時(shí)長(zhǎng)為30s時(shí),停泵工作壓力最高值為0.95MPa,低于1.20Mpa,而原配備為電動(dòng)蝶閥和微阻緩閉碟閥,停泵工作壓力最高值為1.2~1.4MPa。停泵后離心水泵較大翻轉(zhuǎn)速率為600r/min,與原配備同樣。經(jīng)好幾處實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)用證實(shí),多用途水泵控制閥具備較好的水擊安全防護(hù)功效。
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