第23卷第5期中原工學院學報Vol. 23 No. 52012年10月JOURNAL 0F ZHONGYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGYOct. ,2012文章編號:1671- 6906(2012)05 - 0042- -04大型集中空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)停泵水錘成因分析及防護周義德，劉磊，高龍，楊瑞梁(中原工學院,鄭州450007)摘要:從停泵時回水和供水對水泵及止回閥造成的壓力脈沖角度,分析了空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)水錘產(chǎn)生的過程和原因，指出了大型空調(diào)水系統(tǒng)水錘的嚴重危害,給出了水錘壓力估算的基本方法,并從設(shè)計和運行等方面介紹了防治和消除水錘現(xiàn)象的措施.關(guān)鍵詞:空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng);停泵水錘;水錘壓力;防治中圖分類號: TV13文獻標志碼: ADO1:10. 3969/j. issn. 1671 - 6906. 2012. 05. 010水錘現(xiàn)象研究歷來已久，現(xiàn)有成果大多集中在水換,從而在管路中產(chǎn)生一.系列急驟的壓力交替變化的錘現(xiàn)象明顯、破壞力巨大的電站循環(huán)水輸送系統(tǒng)、提灌水力撞擊現(xiàn)象C3-41.造成的結(jié)果,輕則管道系統(tǒng)振動，泵站等高揚程供水領(lǐng)域1-2],而隨著集中空調(diào)系統(tǒng)在影響管道系統(tǒng)壽命,重則水管破裂,釀成泵房淹毀,造民用建筑中應(yīng)用的普及,水錘現(xiàn)象在空調(diào)水系統(tǒng)調(diào)試成設(shè)備損壞,甚至造成操作人員傷亡等,特別是對于大及運行中時有發(fā)生，甚至造成相當大的“水崩”事故.一型空調(diào)水系統(tǒng),該問題不可等閑視之.般來講,空調(diào)系統(tǒng)越大,樓層越高,對水錘問題的設(shè)計根據(jù)實際工程經(jīng)驗,大型空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)水錘發(fā)考慮及操作不善造成的后果就會越嚴重,而目前學者生時，系統(tǒng)中產(chǎn)生高于平時工作壓力幾倍至幾十倍的和設(shè)計部門很多人員對這個問題尚沒有足夠的重視.脈 沖壓力,系統(tǒng)管道產(chǎn)生劇烈的上下前后振動,并伴有本文將對大型集中空調(diào)水系統(tǒng)水錘的發(fā)生及危害、水.來自系統(tǒng)遠方的沉悶的管道振動噪聲.如果不能及時錘產(chǎn)生的原因以及水錘產(chǎn)生壓力波的大小進行分析，采取措施,連續(xù)振動幾次后,在水泵和制冷機進口處的并就如何消除空調(diào)水系統(tǒng)中水錘的影響，提出合理化軟接就會很容易因為劇烈的撕扯而破裂,大量的高壓建議.水柱就會傾瀉而出,造成電機和設(shè)備進水或被淹,應(yīng)力集中時可能振裂制冷機管道接口,設(shè)備產(chǎn)生位置移動，1空調(diào)水系統(tǒng)水錘的產(chǎn)生及危害甚至出現(xiàn)人身傷亡,后果十分嚴重.水錘是流體流動特性的瞬變過程,它是流體的一2空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)停泵水錘產(chǎn)生的種非穩(wěn)定流動，也稱壓力脈沖,即在壓力管道中,當水原因分析流因某種原因而產(chǎn)生流速的急劇變化時,由于流體的慣性作用而引起管道內(nèi)液體的壓力急劇升高或降低.水錘現(xiàn)象的延續(xù)時間雖然極其短暫，但它會造成嚴重在大型空調(diào)水系統(tǒng)中,水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的原因十分的工程事故，如因事故停泵在給水管路上產(chǎn)生水柱分復(fù)雜.按水錘形成的外部條件,水錘現(xiàn)象可分為啟泵水離和斷流彌合水錘，則其破壞性更為嚴重.在輸水管錘現(xiàn)象、停泵水錘現(xiàn)象和關(guān)閥水錘現(xiàn)象,其中以停泵水道中，因某種原因,如發(fā)生事故停泵、閥門快速關(guān)閉等，錘的危害最為嚴重.本文將以空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)水使得壓力管道中流體速度發(fā)生劇烈變化,引起動量轉(zhuǎn)錘為例對水錘產(chǎn)生的原因進行分析.中國煤化工收稿日期:2012 -07-14MHCNMHG作者簡介:周義德(1957-).男,河南南陽人,教授..第5期周義德，等:大型集中空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)停泵水錘成因分析及防護2.1 水錘產(chǎn)生的過程2.2.2系統(tǒng)靜 壓水位高在大型集中空調(diào)系統(tǒng)運行中,由于空調(diào)泵站工作系統(tǒng)靜壓水位越高，回水管儲存的能量就越大.一人員操作不當、突然停電、外電網(wǎng)事故跳閘或其他原因旦水泵突然停止運轉(zhuǎn),回水管內(nèi)的水流不會立即停止，導(dǎo)致水泵機組突然斷電而停機,此時在泵站及管路系在高靜壓水位的作用下,產(chǎn)生的水力沖擊就越大.在系統(tǒng)中最容易發(fā)生的一種水錘現(xiàn)象,稱之為停泵水錘.如統(tǒng)靜壓水位高于20m時,應(yīng)該注意這個問題.圖1所示，當水泵緊急關(guān)閉時,水泵的慣性制動快于系2.2.3采用 單側(cè)離心泵統(tǒng)中水流的減速,系統(tǒng)較大時,大量高速的水流由于慣由于單側(cè)離心泵葉輪的結(jié)構(gòu)特點,停泵時,葉輪在性繼續(xù)在管道內(nèi)流動,而在瞬間停滯的水泵葉片端面失去動力的情況下快速停止，此時大量的水流無法順處受阻,在點2處產(chǎn)生的高壓如果不能及時釋放,將形利通過葉輪流向前方,葉輪對水流產(chǎn)生巨大的阻力,容成巨大的水力沖擊,其結(jié)果是像海浪碰到海岸一樣產(chǎn)易在葉輪的端面處產(chǎn)生較大的軸向水流推力而無法消生回流,造成葉輪進水,點2處形成高負壓,此時自點除.其結(jié)果是形成反向回流,在葉輪端面產(chǎn)生負壓,回3始循環(huán)水出水快速回流，使得泵出口止回閥迅速關(guān)流一段時間后,水流又返回葉輪端面處形成巨大的推閉;當點2處的回流沖擊一-段距離后,又會在重力的作力,如此反復(fù),造成較強的水力脈沖.而軸流泵或雙吸用下沖回葉輪端面,透過葉輪縫隙沖向水泵出口,將止泵由于葉輪的安裝結(jié)構(gòu)特點,停泵后葉輪對水流的阻回閥再次頂開,并因動能的抵消和撞擊反彈再次產(chǎn)生力小，水流不易在葉輪端面處產(chǎn)生較大的水力沖擊,不回流，與此同時,循環(huán)水出水在回流撞擊至止回閥閥板會產(chǎn)生初始的大振幅水力沖擊,就不易形成較大的水后也會再次改變流向,向供水方向沖擊.如此反復(fù)進行力脈沖,系統(tǒng)產(chǎn)生水錘的可能性就小.脈沖,在止回閥兩側(cè)產(chǎn)生劇烈震蕩,造成止回閥反復(fù)開2.2.4水泵吸水管道阻力 小停,形成嚴重的水錘現(xiàn)象.冷卻水系統(tǒng)阻力越小，停泵時產(chǎn)生水錘的可能性_●就越大,因為較小的系統(tǒng)管道阻力無法吸收停泵時產(chǎn)生的水力脈沖.在靜壓水位較高時,系統(tǒng)中安裝大阻力的回水過濾器、換熱器等裝置以及管道的彎曲等,都對制冷機組減弱水錘有一-定的幫助.旁通泄壓止回閥2.2.5 系統(tǒng)管道設(shè)計安裝不合理它系統(tǒng)管道安裝位置設(shè)計不合理,較長的管道安裝固定不牢固等,造成水力沖擊無法在管道內(nèi)消除,從而很容易傳到整個管道系統(tǒng)而造成震動.管道系統(tǒng)的自振頻率和產(chǎn)生水錘時的水力沖擊頻率接近,是系統(tǒng)發(fā)圖l空調(diào)水系統(tǒng)示意圖生嚴重水錘現(xiàn)象的原因之一，而系統(tǒng)的自振頻率和管由以上分析可以看出,停泵時,大型集中空調(diào)循環(huán)道系統(tǒng)的安裝固定方法密切相關(guān).水系統(tǒng)水錘的產(chǎn)生與高揚程輸送系統(tǒng)[|-日不同,前者根據(jù)上述分析,由于產(chǎn)生水力脈沖需要空間,開式是由供水和回水在水泵葉輪和止回閥上的共同作用引系統(tǒng)提供了這方面的條件;而閉式系統(tǒng)由于水流一.直充起的,后者與供水的高速慣性回流撞擊止回閥有關(guān).滿系統(tǒng),兼之水的不可壓縮性,造成沖擊波的振幅會相對較小.因此,開式系統(tǒng)比閉式系統(tǒng)更容易產(chǎn)生水錘.2.2水錘產(chǎn)生的原 因停泵產(chǎn)生水錘的原因有以下幾個方面.3水錘產(chǎn)生的壓力分析2.2.1回水管道直徑大,存水量多回水管直徑設(shè)計過大,造成管內(nèi)儲存水量大,停泵綜合上述分析可知,停泵時在水泵葉輪上產(chǎn)生的時積聚的能量就大,造成的沖擊就越嚴重.因此,回水管巨大壓力是水錘產(chǎn)生的最直接原因.分析計算水錘產(chǎn)道也不是越大越好,應(yīng)以確保重力流速合適進行設(shè)計為生的壓力的土少對加咨葉胡并問曬的研究和對大型中國煤化工好,一般水泵回水管流速設(shè)計為1.0~1.2 m/s.空調(diào)水系鄉(xiāng)，進而在設(shè)計中采TYHCNMHG.中原工學院學報2012年第23 卷取必要的防水錘措施,具有重要意義.3.3水錘壓力計算 舉例3.1 水錘的傳播速度例如,某工程地下室水泵距屋頂冷卻塔幾何高度在均質(zhì)管道輸送清水,且不考慮水中所含空氣情為51 m,水泵吸水管道運行阻力損失為2 mH2O,水況下,水錘傳播速度a按下式計算[5]:泵吸水管流速為1. 2 m/s, 水泵吸水管管徑為1 425DN250 mm，系統(tǒng)工作壓力為65 mH2O.發(fā)生水錘時，T+ (Eo/E)(D/8)C”(1)止回閥如果在管道水流倒流后關(guān)閉，則計算出在系統(tǒng)式中:E。-水的彈性系數(shù),取2.025X10* kg/m2;中產(chǎn)生的水錘壓力值為722 mH2O,是平時工作壓力E-管壁材料的彈性系數(shù),對于鋼管,E=2.06X的11倍,危害極大.10l0 kg/m2 ;8-管壁厚度(m);4停泵水錘的防護措施D-管道內(nèi)徑(m);Ci-不同壁厚、不同支承方式的系數(shù).停泵水錘的防護措施有多種，根據(jù)工程實際情況，對于薄壁管道(D/8>25),當管道只在上游端固概括起來可分為如下幾個方面:定時:4.1泄壓降錘C = 1-μ/2(2)泄壓降錘主要是通過管道的泄壓設(shè)施降低停泵時式中:μ為管壁材料的泊松比,對于鋼材，μ取0.3.產(chǎn)生的瞬時壓力脈沖.其方法有如下幾種["].3.2水錘產(chǎn)生 的壓力估算4.1.1瞬時泄壓水錘壓力的估算值如下[6]:在水泵人口及止回閥出口處安裝旁通管,并在旁(1)當兩水柱再彌合時即出現(xiàn)水柱沖擊,其壓力升通管上安裝旁通泄壓止回閥(見圖1).停泵時,水泵出高值按下式估算:口止回閥關(guān)閉,由于水流的慣性，管道內(nèi)壓力急劇上△H = aQv/g(3)升,旁通泄壓止回閥迅速打開,水泵被短路，管道內(nèi)水式中:Ov=v-v,0I為水柱彌合前的運動速度,U2為流由于慣性通過旁通泄壓止回閥繼續(xù)在管道內(nèi)循環(huán)流水柱彌合后的運動速度.動，起到降壓、消除水錘的作用.(2)當水泵出口設(shè)有止回閥,并在止回閥后水柱再4.1.2泄水降壓彌合時,其壓力升高值按下式估算:△H = av/g(4)通過泄水降壓的方法可以避免系統(tǒng)壓，力迅速上式中:U為水柱沖擊閥門或止回閥時的速度(m/s).估升.屬于這種類型的設(shè)備有壓力泄壓閥、緩閉止回閥和水錘消除器等.算如下:(1)壓力泄壓閥的工作原理與安全閥相似,可預(yù)先如果在管道水流開始倒流時止回閥關(guān)閉，則v=設(shè)定一定的壓力值,當管道系統(tǒng)內(nèi)壓力超過設(shè)定值時，vo(管道初始流速);如果在管道水流倒流后止回閥關(guān)閉，則o可按下閥門就會迅速開啟,釋放超出預(yù)定壓力值的壓力;當管道系統(tǒng)內(nèi)壓力低于設(shè)定壓力值時,閥門自行關(guān)閉,起到式估算:泄水降壓消除水錘的效果;H。+9(5)(2)緩閉止回閥.緩閉止回閥是只能單向開啟的閥門，它通過閥門緩閉的方式來消除水錘.其形式有旁通式中: H.-出水池水面到止回閥門處的幾何高度式、上阻式、側(cè)阻式等.該閥根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對(m);閥門關(guān)閉時間進行調(diào)整.在停電后3~7 s內(nèi)閥門關(guān)閉ZOh,-出水池水面到止回閥門處管道正常運行70%~80%,剩余20%~30%的關(guān)閉時間根據(jù)水泵和時的水頭損失(m).管路調(diào)節(jié),常在10~30 s范圍內(nèi);水錘現(xiàn)象產(chǎn)生的壓力變化主要取決于管內(nèi)流速的(3)停泵水錘消除裝置.該水錘消除裝置能在無需變化程度.停泵時,止回閥迅速關(guān)閉，管道內(nèi)流速急劇阻止流體流中國煤化工各類流體在傳輸變化,這時產(chǎn)生的壓力可達到正常工作壓力的很多倍，系統(tǒng)可能產(chǎn)MHCNMH G的不規(guī)則水擊波其破壞程度較為嚴重.震蕩，從而達到消除具有破壞性的沖擊波,起到保護系.第5期周義德,等:大型集中空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)停泵水錘成因分析及防護●45●統(tǒng)的目的..并聯(lián)運行時,對其中一臺變頻即可.4.1.3氣壓罐定壓4.3其 他措施此方法在國內(nèi)使用不多,在國外使用較為廣泛它(1)核算水錘壓力,正確選擇管道配件的工作壓利用氣體體積與壓力關(guān)系的特定定律工作.隨著管路力,以免在誤操作或者其他故障引起嚴重水錘時造成中的壓力變化,氣壓罐向管道補水或吸收管路中的過“水崩”危害;高壓力,其作用和定壓罐類似.(2)在系統(tǒng)換季首次沖水運行前,應(yīng)確保排除管網(wǎng)4.2 減速降錘系統(tǒng)中的空氣,特別是泵站內(nèi)局部最高點的空氣,以防止運行及停泵時由于氣體壓縮引起的水錘現(xiàn)象[°];4.2.1增加水泵慣量(3)增強管道支架的緊固程度,加大支架密度,適水泵增加飛輪,會增大泵回轉(zhuǎn)部分的慣性效應(yīng).選當提高管道壁厚,以降低共振效應(yīng),應(yīng)付水流沖擊對管用轉(zhuǎn)動慣量大的電動機，使水泵葉輪延長慣性運轉(zhuǎn)時網(wǎng)造成的危害.間而逐步減速，從而使系統(tǒng)中的水流逐步降速，減少水(4)建立科學合理的開停機運行管理制度,嚴格按流對葉輪和止回閥的沖擊,可有效消除停泵時的水錘照程序操作.開停機時至少2人在場，互相配合，互相現(xiàn)象.但這種方法需要-定的條件.監(jiān)督,確保無差錯.4.2.2順序關(guān)閥停泵對多臺同時運轉(zhuǎn)的水泵,應(yīng)順序停泵,每臺水泵的5結(jié)語停止間隔時間應(yīng)不小于5 min. 停止最后一臺水泵時，應(yīng)逐漸關(guān)小閥門,關(guān)閥時間可根據(jù)運行經(jīng)驗確定,一般大型空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)停泵時產(chǎn)生的水錘具有較應(yīng)不小于3 min;有條件時不要關(guān)閉并聯(lián)的其他水泵大的破壞性.為了有效地避免水錘事故的發(fā)生，系統(tǒng)閥門,以增加泄壓通道.單級對單泵系統(tǒng)運行時更應(yīng)注設(shè)計人員應(yīng)充分了解停泵時水錘產(chǎn)生的原因及危害，意這種情況.在設(shè)計時應(yīng)對水錘壓力進行計算與分析,選擇合理的4.2.3變頻停泵承壓管路配件,壓力較大時采取必要的防護措施.運為克服突然停泵時產(chǎn)生的巨大壓力,可對水泵采行管理人員在系統(tǒng)運行過程中,應(yīng)嚴格按照操作規(guī)程取變頻措施,停泵時逐漸降低轉(zhuǎn)速,從而降低水流的慣操作.管理,維護相關(guān)安全保護設(shè)施,以防止水錘現(xiàn)象性沖擊力,這樣可以有效地消除水錘的影響.多臺水泵的發(fā)生.參考文獻:1] 顧贊.大型串聯(lián)增壓泵站的水錘分析及防護措施研究[J].給水排水，2010(8):50-52.[2] 方永旗;高揚程提灌泵站水錘分析及防護措施[J].中國農(nóng)村水利水電，201011);141-143.[3] ChunM H, YuSO. A Parametric Study and a Guide Chart to Avoid Condensation induced Water Hammer in a HorizontalPipe[]. Nuclear Engineering and Design.200.0 201 ( 2, 3): 239-257.[4] 楊晉明.空調(diào)冷卻水系統(tǒng)停泵水錘暫態(tài)分析[J].建筑熱能通風空凋,2006(4):34-38.[5] 燕在華。水錘的發(fā)生與防護[J].節(jié)水灌溉,1999(4):11-13.[6] 孟憲峰.輸水管道工程水錘現(xiàn)象分析及防護設(shè)計[J].21世紀建筑材料,2010(4):69 -72.[7] 梁其東，時偉，劉青.管道中水錘產(chǎn)生的原因及防控措施[J].水利建設(shè)與管理,2007(11);51 -52.[8] 朱金安,唐傳祥.給水系統(tǒng)中水錘的危害及防治措施[J].化工給排水設(shè)計,1998<2):42-44.(下轉(zhuǎn)第56頁)中國煤化工MHCNMHG.●56●中原工學院學報2012年第23 卷參考文獻:[1] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析一原理●方法[M].北京:中國水利水電出版社,2003.2] 涂兵雄,劉春曉,李紅燕.邊坡穩(wěn)定分析方法討論[J].山西建筑,2008 ,34(1);92 93.[3] 劉波,韓彥輝.FLAC原理、實例與應(yīng)用指南[M].北京:人民交通出版社,2005.[4] 趙尚毅,鄭穎人,時衛(wèi)民，等.用有限元強度折減法求邊坡穩(wěn)定安會系數(shù)[J].巖土工程學報,2002 ,24(3):343- 346.[5] 潘鵬飛,梁崢祥,李軍才.邊坡治理數(shù)值模擬的研究[J].礦業(yè)工程,2005.3<4);12- 14. .6] 張玉成，楊光華，張玉興?；碌陌l(fā)生與降雨關(guān)系的研究[J]. 災(zāi)害學,2007 ,22(1):82-- 85.Based on FLAC Stability Numerical Analysis ofHong-Tao-Shan Slope in NanpingNIE Guang huan, ZHANG Zhi-zeng, YANG Zi-sheng, HU Jiang chun .(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)Abstract:In this paper, through the systematic investigation on the geological environmental conditionsof Hong- Tao-Shan slope in Nanping, the rock mass structure, slide boundary, deformation characteristic areanalyzed. Combined with FLAC numerical simulation, the vertical stress, horizontal displacement, the maxi-mum unbalance force change curve graph are drawn. With FlAC program of the built in SolveFos solver con-cludes the slope safety coefficient is 1. 24, the numerical calculation results draw the conclusion is: The slopestability for the overall state, no sliding generation, slope tends to safety.Key words: slope; stability analysis; FLAC; numerical calculation(上接第45頁)Analysis on the Cause of Pump-off Water Hammer in Large scaleConcentrated Air-Conditioning Circulating Water Systemand Controlling MeasuresZHOU Yi-de，LIU Lei, GAO Long，YANG Rui-liang( Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 45007, China)Abstract: The process and cause of the water hammer in air conditioning circulating water system as wellas the severe undermines brought by it are analyzed in this paper from the view point of pressure pulse on pumpand check valve caused by water return and water supply as pump fail. Furthermore, the basic method to esti-mate the water hammer pressure is given out. The measures to pravent and eliminate water hammer phenome-non are introduced from design and running.Key words:air conditioning circulating water; system; pu中國煤化工ressure of waterhammer; controllingMYHCNMHG.