水锤产生的条件、危害及防护措施

http://www.water.hc360.com2017年09月14日11:58 来源:博涵塑料加工圈T|T

    水锤简介

    水锤又称水击。是指水或其他液体输送过程中,由于阀门突然开关、水骤然启停等原因,流速突然变化且压强大幅波动的现象。说的通俗些:突然停电或阀门关闭太快,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,我们称之为水锤。

    供水管道壁光滑,后续水流在惯性的“帮凶”下,水力迅速达到最大,所以容易造成破坏作用(如破坏阀门和水泵等),这就是水力学中的“水锤效应”,也叫正水锤;相反,阀门或水泵突然开启,也会产生水锤效应,叫负水锤。这种大幅波动的压力冲击波,极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。

    水锤产生的条件:

    1、阀门突然开启或关闭;

    2、水泵机组突然停车或开启;

    3、单管向高处输水(供水地形高差超过20米);

    4、水泵总扬程(或工作压力)大;

    5、输水管道中水流速度过大;

    6、输水管道过长,且地形变化大。

    7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患

    7.1 如三通、弯头异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求

    按照《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》规定:φ≥110mm以上管道的三通、弯头、异径管等节点,应设置水泥止推墩,防止管道推移,“止推墩混凝土不宜低于C15级,并现场浇筑在开挖的原状土地基和槽坡上”。有些施工方对止推墩所发挥的作用,引不起足够的重视,他们在管道旁钉个木桩或楔个铁橛充当止推墩,有时水泥墩的体积太小或未浇筑在原状土上,有的止推墩的强度不够,结果管道运行中,止推墩无法发挥作用形同虚设,造成三通、弯头等管件推移错位后而损坏。

    举例说明:假设一条φ500×16.8mm的管线上有一个90°的弯头,当管道工作压力0.4MPa时,那么90°弯头处的推力就是:

    T=1.57×dn2×Fwd×Sin(a/2)

    =1.57×46.642×4×Sin(90/2)

    =9658Kg

    式中dn:管道内径cm

    Fwd:内水压力Kg

    a:弯头转角

    由此可见,当φ500mm的管线运行压力0.4Mpa时,那么90°弯头处就产生9.6T的推力,如果此处水泥止推墩的强度不够,抗不住9.6T的推力而破碎,此处的弯头在失去止推墩保护的前提下,也会跟着破损;在给水管道事故中,因止推墩不符合要求而导致管件破损的现象相对较多,对此,施工方应给予高度的重视。

    7.2 未安装自动排气阀或安装的位置不合理

    根据水力学的原理,起伏较大的山区或丘陵,在管道的高点,应设计安装自动排气阀,即使是地形起伏不大的平原地区,也要在挖槽时,人为的将管线设计出起伏,呈循环上升或下降,坡度不小于1/500,在每公里的最高处设计1-2个排气阀。

    因为管道在输水过程中,管道中气体会逸出在管道高起部位积累起来,甚至形成气阻,管道中水的流速发生波动时,隆起部位形成的气囊将不断被压缩、扩张,气体被压缩后所产生的压强要比水被压缩后产生的压强大几十倍甚至上百倍,此时,这段存在隐患的管道,可能会导致下列情况的发生:

    ⑴管道上游通水后下游滴水不见,这是因为管道内的气囊阻断水流,形成水柱分离。

    ⑵管道内被压缩的气体,压缩到最大极限,急速膨胀,导致管道破裂。

    ⑶当高处水源的水,利用重力流按一定的速度向下游输送时,急速关闭上游的阀门后,由于落差及流速的惯力,管道内上游的水柱并没有立即停止,它仍按一定的速度向下游流动,此时管道内因无法及时补气形成真空,造成管道被负压吸瘪而破损。

    7.3 沟槽与回填土不符合规定

    沟槽不合格的情况在山区经常看到,主要是个别地段的石头较多,沟槽的开挖由人工凿成或炸药炸出,槽底严重不平并且有锋利的石头凸出,遇到这种情况,按有关规定,沟槽底部的石块应该清除并铺垫15公分以上的沙土,然后才能铺设管道,可施工人员不负责任或偷工减料,不铺垫沙土或者象征性铺垫点沙土,就直接把管道铺设在石块上面,当回填完毕通水运行后,由于管道本身的重量、竖向土压力、管线上面的车辆荷载,重力叠加,由管道底部一个或几个锋利凸起的石块支撑着,过分的应力集中,管道极有可能会在这个点处硌伤破损并沿着这个点直线开裂,这就是人们常说的“刻痕效应”。

    常见的回填不合格,一是用较大的砖瓦石块当回填土直接抛砸在管道上;二是回填后不按《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》的规定,做夯实处理;一次数九寒冬的季节在东北某省施工,管道安装完毕后,由监狱里服刑的犯人进行回填,回填土都是几十斤重的大冻土块,甭说回填的密度无法保证,仅这几十斤重的大冻土块直接抛砸在管道上,就已经留下不安全因素了,因为PVC-U管道的抗冲击性能与温度有关,温度越高,管材的抗冲击性能越强,温度越低,管材的抗冲击性能越差,所以,《埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程》中规定:温度低于-5℃时禁止施工,这样的违章施工,无疑为以后的管道安全运行埋下隐患。

    水锤效应的危害

    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,对管路系统造成的危害主要有:

    1、引起管道强烈振动,管道接头断开;

水垂

    2、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;

水垂

责任编辑:童志威

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