Хидравличен удар в помпени системи



Дата26.07.2017
Размер157.79 Kb.

7/26/2017

Хидравличен удар в помпени системи

www.ndwc.wvv.edu


Хидравличния удар се получава при увеличаване или намаляване на скоростта или промяна на посоката на водата.

Той се проявява като внезапно нарастване на налягането причинено от ударната вълна.

Кинетичната енергия на движението се променя в енергия на налягането.Ударната вълна създадена в тръбите се пренася до достигане на препятствие.След като се отблъсне тя се връща обратно и започва да се колебае докато затихне вследствие съпротивлението в мрежата.

Това е подобно на влак,който пътува в тунел и се удря в стена.

Това може да разруши стената /арматурата/ или да разруши тунела /водопровода/.
Хидравличния удар зависи от 3 компонента:


  1. Характеристиката на ПА;

  2. Характеристиката на водопроводната мрежа;

  3. Начина на управление на мощността.

Изчисленията на този сложен преходен процес е трудна инженерна задача и се решава с помоща на специализирани софтуерни продукти.

При подбора на арматури трябва да се вземе под внимание влиянието им върху хидравличния удар.



Силата на хидравличния удар зависи от:

  1. Промяната в скоростта на флуида.

Очевидно е,че колкото е по-висока скоростта на флуида,толкова по-голямо време е необходимо,за да се намали тя до нула.

От значение за силата на удара е дали влакът ще се движи

с 6 км/ч или с 90 км/ч при достигане до преградата.

Скоростта на вълната във вода е около 1350 м/с.

За грубо изчисление на допълнителното нарастване на налягането вследствие на хидравличния удар трябва да умножим скоростта на водата Х 42 м.

Пример:

Имаме скорост на водата - V0 = 2 м/с

Увеличението на налягането ще е 2 х 42= 84 м.

При по-прецизни изчисления /виж по-долу/ получаваме – 88 м.



  1. Масата на флуида.

Колкото водопроводът е по-дълъг и с по-голям диаметър,толкова масата на флуида е по-голяма и от тук хидравличния удар е по-опасен.

От значение е дали в стената ще се блъсне само 1 локомотив или голяма композиция от 100 вагона пълни с въглища.

За големи и дълги водопроводи трябва да се вземат специални мерки за погасяване на удара – специални бавнозатварящи регулируеми ОК;ударогасителни котли и др.


  1. Колко бързо настъпва промяната.

Ако влакова композиция с 100 пълни вагона пътува с 90 км/ч и спре постепенно за 15 минути няма да се получи удар,но ако спре внезапно в една стена ще се получи голяма катастрофа.

Следователно третия елемент показващ времето ,за което се променя скоростта е много важен.

Ако СК с ел.задвижка Ф400 се затвори за 10 сек ще се получи силен удар,но ако се затвори за 120 сек ударът ще е незначителен.

Като правило времето на затваряне на ОК трябва да е поне 2 пъти по-голямо от критичното време Тс.

Колкото по-твърда е тръбата,толкова по-бавно трябва да се затваря ОК.Гъвкавите,еластични тръби имат свойството да поглъщат част от енергията на удара.

Неправилното управление на ОК;СК ,които затварят/отварят с ¼ от оборота /сферични или бътерфлай кранове/ често са причинители на значителни удари.

За тези арматури с диаметър над Ф200 трябва да е предвиден редуктор,с цел недопускане на бързо затваряне/отваряне.

Обикновените,плоски ОК също са източник на удари когато се затварят за много кратко време под въздействието на обратната вълна.

При спиране на ПА,водата спира да се издига и след време се връща и затваря със сила ОК.

Решението е да се монтира ОК с рамо и тежест или пружина.По този начин ОК затворя преди да се върне обратната вълна.

Появата на звук и рязката промяна на налягането подсказва наличието на хидравличен удар.Силното удряне на ОК и изпускане на вода през набивките на СК и помпата също се дължат на удара.
Причини за хидравличен удар:


  1. Пуск на ПА – генерира се високо налягане.

  2. При изключване на ел.захранването има рязка промяна в дебита,което причинява нарастване на налягането в смукателната част и спадане на налягането в нагнетателната част.

Ако при спадане на налягането се достигне до изпаряване на част от флуида - разкъсва се водния поток и може да настъпи тежка авария.

  1. Затваряне или отваряне на СК или ОК за кратко време предизвиква хидравличен удар.

При рязко затваряне на ОК ударът е по-голям.

Пример:Влакова композиция,която се движи със скорост V достига до преграда.В първия момент вагоните се придвижват към локомотива /налягането спада в напора/,а в следващия момент се разпъват /обратната вълна пристигаща за време 2*L/a се връща и удря ОК/.

  1. Неправилна работа или неправилен подбор на арматура за защита срeщу хидравличен удар.

Ако сме преоразмерили удароубивателя и той изпусне повече вода от необходимото,това може да предизвика авария вместо да защити водопровода.Препоръки за избор на защита срещу хидравличен удар са дадени от АWWA – Американската асоциация по водоснабдяване.
Класификация на ОК в зависимост от скоростта на затваряне:

Water distribution systems handbook – Larry Mays 2000 AWWWA




tс време за затваряне

Вид затваряне

Максимално налягане ∆Нmax

Ефект

0

Незабавно

A*V0/g

Силен хидр. удар

<= 2*L/a

Бързо

A*V0/g

Хидравличен удар

> 2*L/a

Постепенно

< A*V0/g

Хидравличен удар

>> 2*L/a

Бавно

<< A*V0/g

Лека промяна

Най-добър ефект се получава,ако времето за затваряне на СК с ел.задвижка е 10 пъти по-голяма от критичното време на водопровода.

Tc = 2*L/a / с / – критично време на водопровода,където:

L / м / – дължина на водопровода от точката на изливане до точката на затваряне;

a / м/с /– скорост на вълната в тръбата;

a = 1425 * [1 + K*(D/t)]1/2 ,където:

D / мм /– вътрешен диаметър на напорния водопровод;

t / мм /– дебелина на тръбата;

K – коефициент зависим твърдостта на материала на тръбата;


Материал

Стомана

Чугун

Полиетилен

Етернит

Стойност на К

0,01

0,013

0,7

0,1


Пример:

Имаме стоманен водопровод с дължина 20000 м и диаметър 1200 мм с дебелина на тръбата 12 мм.

Да се изчисли критичното време за затваряне на ОК.

Tc = 2*L/a;

a = 1425 * [1 + K*(D/t)]1/2 = 1450*[1 + 0.01*(1200/12)]1/2

a = 2044 м/с

Tc = 2*20000/2044 = 19,6 секунди;

Критичното време или периода на тръбата е в зависимост от дължината на водопровода и еластичността му.

То е пряко свързано с времето,за което вълната стига до края на тръбата и се връща обратно към ОК.

www.elico.com.tw

Нарастването на налягането вследствие на хидравличния удар е:

Z0 = (2*L*V0)/(g*T) / м / ,където:

V0 / м/с / - скорост на флуида преди затварянето на ОК;

T / с / - време за затваряне на ОК;

Н = Н0 + Z0 / м / - пълното налягане ,където:

Н0 - / м / - работното налягане преди затварянето на ОК.

Пример:

V0 = 2 / м/с /;Н0 = 72 м;L = 650 m;T = 3 sec.

Z0 = (2*L*V0)/(g*T)= (2*650*2)/(9.81*3) = 88 / м /

Н = Н0 + Z0 = 72 + 88 = 160 / м /


Случай при които трябва да се изследва хидравличния удар

Planning and design of pumping works – Ebara Corporation

  1. Ако профила на напора е значително над линията,която свързва помпата и напорния резервоар /ПС Баниска по посока на ПС Могилино – облекчителна шахта/;

  2. Ако ОК затваря по-бързо от 0.2 сек /обикновените ОК/;

  3. При дълъг смукател,който свързва помпата /захранване към фазановото стопанство от ПС ІІ-ри подем/;

  4. Ако помпата тръгва с въздух или вакум /ПС І-ви подем/.


Мероприятия за защита срещу хидравличен удар:


  1. Ограничете скоростта на водата.

Да не се преоразмеряват ПА по дебит.

Например,ако подаваме максимално за едно денонощие 450 м3 вода от една помпена система е добре дебита на ПА да не надвишава

7 л/сек ,което отговаря на 600 м3/денонощие /33 % резерв/.

ПА с по-голям дебит при същия напорен водопровод ще работи при по-висока скорост на водата и от тук ще предизвиква по-големи загуби на напор и по-големи хидравлични удари.

Скорост над 3 м/с е ясен знак за опасност.

Ако напорът е дълъг,а диаметърът е голям скоростта не трябва да надвишава 1.5 м/с.




  1. Изберете подходяща арматура.

    • Бързо затваряща обратна клапа.

www.adams-valve.com

При аварийно спиране на ПА ОК трябва да затваря контролирано,за да се осигури максимално снижаване на хидравличния удар.

Това позволява да се настройва времето на затваряне на ОК,така че да се избегне критичното време.

Ако ОК се затвори вследствие на обратната вълна от хидравличния удар – при затръшването си тя предава допълнителна сила на удара и пораженията са много по-тежки.

Затова се изпълняват ОК с бързо действие,за да се предодврати този ефект.

Бързодействащите клапи се изпълняват с пружини,рамена с тежести или с външен изпълнителен механизъм – пневмо или хидроцилиндър или електрическо задвижване.



www.mahod.cz

За бързодействащите ОК с рамо и тежест времето на затваряне се регулира чрез промяна на тежестите или чрез промяна на разстоянието,на което са фиксирани те към рамото.

В зависимост от критичното време тежестите се настройват така,че затварянето на ОК да изпревари обратната вълна.

По този начин освен,че се намалява хидравличния удар до

1.6*Рраб,се предпазват и съоръженията преди ОК – помпа,смукател и други арматури и съоръжения.

При експлоатацията на ОК с тежест клапите показаха много добри качества по отношение на водоплътност и гасене на хидравличния удар.

Фирма Ерхард произвежда този тип клапи от Ф150 до Ф2000.

За къси водопроводи с дължина до 2000 м с диаметър до Ф300 това е сравнително евтино и ефективно решение.

Тези клапи са по-скъпи от обикновените плоски клапи и имат по-голямо съпротивление /загуби на енергия/,но затова пък са по-ефективни при гасене на удара.

При крилчатите клапи с пружина ефекта от гасене на хидравличния удар е по-малък,но тяхното предимство е по-простото устройство,по-малкия габарит и по-ниската цена.



Те се използват за малки системи с диаметър до ф125.
Доставени от ВиК Русе бързодействащи ОК със заем от Световната банка от производство на Ерхард – Германия към 2000 година


ОК с тежест

Цена,лв

Брой

Обекти

150/16

1016

4

Стамболово

150/25

1249

8

ПС Пепелина 2;

200/16

1075

1




250/16

1362

1




300/16

1539

1




350/16

2136

1




400/16

2463

2




500/10

3262

10

ПС ІІ-ри подем 6 бр;




ОК крилчати

Цена,лв

Брой

Обекти

80/16

121

2




100/10

152

1




100/16

168

2




100/25

183

5




125/16

231

2

Глоджево




  • Бавно затваряща обратна клапа.

Този тип клапи се използват за гасене на по-тежки удари като част от обратния поток се пропуска от контролирано затварящата се клапа.Времето на затваряне може да се регулира съобразно характера на удара.

Подобна е системата с две клапи – основна бързо затваряща и по-малка байпасна клапа,която е бавнозатваряща.



  • Удароубивател на напора.

Тази арматура служи за изпускане на излишното количество вода при свръхналягане и облекчаване на удара.

Тъй като налягането се увеличава много бързо,а този клапън има времезакъснение,този метод не е много ефективен сам по себе си.

Може да се използва комбинирано с бързозатваряща се ОК.


  • Разширения на тръбната част,отделни клонове или въздушни

камери по пътя на вълната помагат да се овладее енергията на удара.

Монтирани мембранен тип удароубиватели на Фирмата Бермад -Израел със средства от заема на Световната банка към 2003 г.




Обект

Тип удароубивател

Забележка

Просторно

80/7

Вакум поради обратен наклон на напора.

Просена

80/10.5

В шахта на напора

Глоджево

100/10




Баниска

100/10




Чанаджика

100/10




Батишница

100/16




Караманово - с

100/16




Пиргово

100/13

Удар

Тръстеник

100/10




Нисово

100/16.5

Въздушници;хлоратор

Божичен

100/18




Могилино

100/18




Пепелина

100/18.5

Не сработва

Стамболово

100/16

Съвместно с клапа с тежест

Вятово

100/10




Писанец

100/16

Смук. клапа изпреварва

ІІІ-ти подем

150/14



Тези арматури показват добра надеждност въпреки,че не за всяка система е постигнат желания ефект за погасяване на удара.

Необходимо е по-подробно проучване как се държат в експлоатация тези устройства и дали не е необходимо да се комбинират с други мероприятия за ударогасене.


  • Ударогасителен котел.

Част от него е пълен с въздух,който е свиваем и служи за демфер.Отделя се от захранващия водопровод с ОК.Необходима е система за автоматично зареждане с въздух,тъй като с времето въздухът в балона се губи.

Подобна система реализирахме на ПС К157 към новия НКР.

Т
Напорен резервоар
ози метод е ефективен,но е скъп - необходими са и големи закрити пространства за монтаж на котела.










  • Напорен куло резервоар в близост до ПС на кота над НР.

ПА работи помпажно в къс водопроводен участък до НКР.След него водата се подава гравитачно по дългия участък на НР.

Подобна е схемата на ПС Г.Абланово към Две могили /проект/.



  • Куплунга между помпата и мотора се изпълнява с голям

диаметър и изпълнява ролята на маховик.

Запасената енергия удължава времето на въртене на ПА след спиране на ел.захранването и по този начин се снижава удара.

Недостатък на този метод е преразхода на ел.енергия поради увеличеното съпротивление при въртене на маховика.Лагерите на ПА също трябва да се оразмерят съобразно новото натоварване.

Подобен ефект при нас се получава при спиране на големите ПА от ПС І-ви и ІІ-ри подем.Роторите на тези машини са много тежки и те продължават да се въртят около 30 - 40 секунди след спиране на захранването.



удължаване процеса на спиране/стартиране на ПА.При нас широко се използва този метод за по-големите ПС.

Недостатък на този метод е,че не може да се реши проблема с удара при аварийно спиране на ел.захранването.



  • Без ОК на напора.

Водата от напора изтича обратно при спиране на ПА.Този метод е удачен за къси напори с малък диаметър,които са застрашени от замръзване през зимата.

При този метод налягането може да достигне до 1.6хРном. и ПА да се развърти обратно.



  • Байпасен клапън.

След централната ОК се изпълнява връзка към ЧР чрез ОК,която служи за допълване на напора в вода в момента след спиране на ПА и образуване на подналягане – фиг.А.

За ПС,които работят с преднапор се изпълнява подобна обходна връзка с ОК – фиг.В /хидрофорните ПС в гр.Русе/.

Подобен ефект може да се получи при свързване на напорите чрез ОК на ПС,която подава вода в две зони – НЗ и ВЗ.

При спиране на ПА на висока зона недостига на вода в първия момент може да се попълни от ниска зона.

Фиг.А Фиг.В

















вода

Характер на хидравличния удар след обратната клапа на напорния водопровод при аварийно спиране на напрежението.

Рр – Работно налягане;

Нг – геодезична височина;

Тс – критично време,при което се връща обратната вълна


Р









Pp


Tc t


В първия момент налягането спада.При по-тежки случай може да се достигне до подналягане /вакум/ и разкъсване на водния поток.

Част от водата се изпарява и при обратната вълна се получава още по-разрушителни удари.

За заснемане на хидравличния удар има разработени дейта логери,които замерват на много кратък период налягането и го запомнят във времето.

След това данните се обработват и се визуализират във формата на графика.

Това помага да се оцени размера на хидравличния удар и какви мерки ще са най-удачни за ограничаването му.

Данните от замерванията може да се сравнят с резултатите получени от анализа на хидравличния удар със специализиран софтуерен продукт.

След изпълнение на защитните мероприятия хидравличния удар се замерва отново и се вижда доколко ефективно сме се справили с проблема.

Изводи:


  1. За водопроводи с малък диаметър до Ф300 и ПА,които смучат

най-удачен е метода на бързозатваряща се ОК с тежест и удароубивател.

  1. За по-големите водопроводи,където ПА са залети и няма

смукателен клапан може да се използват бавнозатварящи се ОК и ударогасителни котли.

  1. За ПС където след спиране на ПА се образува вакум –

напорът тръгва надолу след ПС може да се използва байпасна връзка през ОК за попълване с вода на напора.


  1. За малки ПС без голям удар плоските ОК са евтино и

ефективно решение.

  1. Добре е да разполагаме със съвременен софтуерен продукт за

изследване на хидравличния удар,както и дейталогер за заснемането му.
Обекти,които са проблемни по отношение на хидравличния удар към 12.2005 год:

ПС Николово 2;

ПС Смирненски;

ПС Нисово;

ПС Красен 2;

ПС ДЗС 1;

ПС Пиргово;

ПС Баниска;

ПС Чанаджика;

ПС Пет кладенци;

ПС Батин;

ПС Г.Абланово;

ПС Фотуля;

ПС Сеново;



ПС Топчии;
Да се обсъди с районите къде има проблеми с хидравличния удар.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница