離心泵的水錘及其三種防護措施

肖勇

【摘要】離心泵的水錘沖擊性的壓力突然升高能擊毀管路和其他設(shè)備，本文對停泵水錘及其危害、防止水錘的措施兩方面的問題進行了闡述。

【關(guān)鍵詞】離心泵 水錘 危害 措施

一、停泵水錘及其危害

在壓力管道中，由于流速的劇烈變化而引起一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象，稱為水錘，又叫水擊。

（1）在水泵出口處有止回閥的情況閥很快關(guān)閉，因而引起很大的壓力上升高也大。當管路中倒流水流的速度達到一定程度時，止回而且當水泵慣性小，供水地形高差大時，壓力升高也大。

這種帶有沖擊性的壓力突然升高能擊毀管路和其他設(shè)備。國內(nèi)外大量的實踐證明，停泵水錘的危害主要是因為水泵出口止回閥的突然關(guān)閉所引起的。停泵水錘的增壓是很大的，有時最高壓力幾乎達到正常壓力的200%。

（2）在水泵出口處無止回閥的情況水泵突然失電時，管路中的水以逐漸增長的速度倒流回水泵。在機組慣性很大的條件下，當反向水流到來時，水流使水泵原來正向的轉(zhuǎn)速很快地降低，最后降到零（即制動工況）。在反向水流繼續(xù)作用下，水泵的轉(zhuǎn)速由零很快增到最大反轉(zhuǎn)數(shù)，水泵處于水輪機工況下工作。

停泵水錘的危害主要表現(xiàn)為：一般的水錘事故造成水泵、閥門、管道的破壞，引起“跑水”、停水;嚴重的事故造成泵房被淹，有的設(shè)備被打壞，傷及操作人員甚至造成人員死亡的事故。如果水泵反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過高，當突然終止水泵反轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時電動機再起動，就會使電動機轉(zhuǎn)子變形，引起水泵劇烈振動，甚至使聯(lián)軸器斷裂。如果水泵倒流量過大，則使整個管網(wǎng)壓力下降，導(dǎo)致不能正常供水。

當滿足以下條件時，易產(chǎn)生停泵水錘：

1）單管向高處輸水，不少資料認為，當供水地形高差超過20m時，就要注意防止停泵水錘的危害。2）水泵總揚程或工作壓力大。3）輸水管道內(nèi)流速過大。4）輸水管道過長，且地形變化大。5）在自動化泵站中閥門關(guān)閉太快。

二、防止水錘的措施

下面主要介紹防止升壓過高的措施：

1.設(shè)下開式水錘消除器

如圖1所示。水泵在正常工作時，管道內(nèi)水壓作用在閥板3上的向上托力大于重錘l和閥板3向下的壓力，閥板與閥體密合，水錘消除器處于關(guān)閉狀態(tài)。突然停泵時，管道內(nèi)壓力下降，作用于閥板的下壓力大于上托力，重錘下落，閥板落于分水錐4中（圖中虛線所示位置），從而使管道與排水口2相連通。當管道內(nèi)水流倒流沖閉止回閥致使管道內(nèi)壓力回升時，由排水口泄出一部分水量，從而使水錘壓力大大減弱，使管道及配件得到了保護。

此種水錘消除器的優(yōu)點是：管道中壓力降低時動作，能夠在水錘升壓發(fā)生之前打開放水，因而能比較有效地消除水錘的破壞作用。此外，它的動作靈敏，結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，造價低，工作可靠。其缺點是消除器打開后不能自動復(fù)位，且在復(fù)位操作時，容易發(fā)生誤操作。

消除器的復(fù)位工作應(yīng)先關(guān)閘閥把重錘從杠桿上拿下來，抬起杠桿，插上橫銷，再加上重錘。開閘閥復(fù)位后，還要拔下橫銷，下次發(fā)生突然停電時，消除器才能再打開;否則，在下次突然停電時，消除器將不動作。另外，如果沒有關(guān)閘閥就把立桿和閥板3抬起，常常會形成二次水錘。

下開式水錘消除器安裝的注意事項：

1）必須安裝在止回閥下游，離止回閥越近越好。

2）在排水口上應(yīng)安裝比消除器直徑大一號的排水管，排水管上最好沒有彎頭，如有彎頭時，最好用法蘭彎頭，并必須設(shè)置支墩。

3）消除器及其排水管道必須注意防凍。

4）消除器重錘下面必須設(shè)置支墩，以托住重錘，支墩上表面覆以厚木板以緩沖重錘向下的沖擊力，以免損壞消除器。

2.自動復(fù)位下開式水錘消除器

如圖2所示。它具有普通下開式消除器的優(yōu)點，并能自動復(fù)位。其工作原理是：突然停電后，管道起端產(chǎn)生壓降，水錘消除器缸體外部的水經(jīng)閘閥10向下流人管道9，缸體內(nèi)的水經(jīng)單向閥8也流人管道9。此時，活塞1下部受力減少，在重錘3的作用下，活塞下降到錐體內(nèi)（圖中虛線位置），于是排水管2的管口開啟，當最大水錘壓力到來時，高壓水經(jīng)消除器排水管流出，一部分水經(jīng)單向閘閥瓣上的鉆孔倒流人錐體內(nèi)，隨著時間的延長，水錘逐漸消失。缸體內(nèi)活塞下部的水量慢慢增多，壓力增大，直至重錘復(fù)位。為使重錘平穩(wěn)，消除器上部設(shè)有緩沖器4。活塞上升，排水管口又關(guān)閉，這樣即自動完成一次水錘消除作用。

這種消除器的優(yōu)點是：可以自動復(fù)位;由于采用了小孔延時方式，有效地消除了二次水錘。

3.設(shè)空氣缸

它利用氣體體積與壓力成反比的原理，當發(fā)生水錘，管內(nèi)壓力升高時，空氣被壓縮，起氣墊作用;而當管內(nèi)形成負壓，甚至發(fā)生水柱分離時，它又可以向管道補水，可以有效地消減停泵水錘的危害。它的缺點是需用鋼材，同時空氣能部分溶解于水，需要有空氣壓縮機經(jīng)常向缸中補氣（如在缸內(nèi)裝橡膠氣囊，將空氣與水隔離開，則可以不用經(jīng)常補氣設(shè)備）。目前，在國內(nèi)外已推廣采用帶橡膠氣囊的空氣缸。

空氣缸的體積較大，對于直徑大、線路長的管道可能大到數(shù)百立方米，因此，它只適用于小直徑或輸水管長度不長的場合。