大型集中空调循环水系统停泵水锤成因分析及防护.docxVIP

文章编号：１６７１－６９０６（２０１２）０５－００４２－０４大型集中空调循环水系统停泵水锤成因分析及防护周义德，刘磊，高龙，杨瑞梁（中原工学院，郑州４５０００７）摘要：从停泵时回水和供水对水泵及止回阀造成的压力脉冲角度，分析了空调循环系统水锤产生的过程和原因，指出了大型空调水系统水锤的严重危害，给出了水锤压力估算的基本方法，并从设计和运行等方面介绍了防治和消除水锤现象的措施．关键词：空调循环水系统；停泵水锤；水锤压力；防治中图分类号：ＴＶ１３文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０１２．０５．０１０水锤现象研究历来已久，现有成果大多集中在水锤现象明显、破坏力巨大的电站循环水输送系统、提灌泵站等高扬程供水领域［１－２］，而随着集中空调系统在民用建筑中应用的普及，水锤现象在空调水系统调试及运行中时有发生，甚至造成相当大的“水崩”事故．一般来讲，空调系统越大，楼层越高，对水锤问题的设计考虑及操作不善造成的后果就会越严重，而目前学者和设计部门很多人员对这个问题尚没有足够的重视．本文将对大型集中空调水系统水锤的发生及危害、水锤产生的原因以及水锤产生压力波的大小进行分析，并就如何消除空调水系统中水锤的影响，提出合理化建议．换，从而在管路中产生一系列急骤的压力交替变化的水力撞击现象［３－４］．造成的结果，轻则管道系统振动，影响管道系统寿命，重则水管破裂，酿成泵房淹毁，造成设备损坏，甚至造成操作人员伤亡等，特别是对于大型空调水系统，该问题不可等闲视之．根据实际工程经验，大型空调循环水系统水锤发生时，系统中产生高于平时工作压力几倍至几十倍的脉冲压力，系统管道产生剧烈的上下前后振动，并伴有来自系统远方的沉闷的管道振动噪声．如果不能及时采取措施，连续振动几次后，在水泵和制冷机进口处的软接就会很容易因为剧烈的撕扯而破裂，大量的高压水柱就会倾泻而出，造成电机和设备进水或被淹，应力集中时可能振裂制冷机管道接口，设备产生位置移动，甚至出现人身伤亡，后果十分严重．空调水系统水锤的产生及危害１水锤是流体流动特性的瞬变过程，它是流体的一种非稳定流动，也称压力脉冲，即在压力管道中，当水流因某种原因而产生流速的急剧变化时，由于流体的惯性作用而引起管道内液体的压力急剧升高或降低．水锤现象的延续时间虽然极其短暂，但它会造成严重的工程事故，如因事故停泵在给水管路上产生水柱分离和断流弥合水锤，则其破坏性更为严重．在输水管道中，因某种原因，如发生事故停泵、阀门快速关闭等，使得压力管道中流体速度发生剧烈变化，引起动量转空调循环水系统停泵水锤产生的原因分析２在大型空调水系统中，水锤现象产生的原因十分复杂．按水锤形成的外部条件，水锤现象可分为启泵水锤现象、停泵水锤现象和关阀水锤现象，其中以停泵水锤的危害最为严重．本文将以空调冷却循环水系统水锤为例对水锤产生的原因进行分析．收稿日期：２０１２－０７－１４作者简介：周义德（１９５７－），男，河南南阳人，教授．２．１２．２．２在大型集中空调系统运行中，由于空调泵站工作人员操作不当、突然停电、外电网事故跳闸或其他原因导致水泵机组突然断电而停机，此时在泵站及管路系统中最容易发生的一种水锤现象，称之为停泵水锤．如图１所示，当水泵紧急关闭时，水泵的惯性制动快于系统中水流的减速，系统较大时，大量高速的水流由于惯性继续在管道内流动，而在瞬间停滞的水泵叶片端面处受阻，在点２处产生的高压如果不能及时释放，将形成巨大的水力冲击，其结果是像海浪碰到海岸一样产生回流，造成叶轮进水，点２处形成高负压，此时自点３始循环水出水快速回流，使得泵出口止回阀迅速关闭；当点２处的回流冲击一段距离后，又会在重力的作用下冲回叶轮端面，透过叶轮缝隙冲向水泵出口，将止回阀再次顶开，并因动能的抵消和撞击反弹再次产生回流，与此同时，循环水出水在回流撞击至止回阀阀板后也会再次改变流向，向供水方向冲击．如此反复进行脉冲，在止回阀两侧产生剧烈震荡，造成止回阀反复开停，形成严重的水锤现象．系统静压水位越高，回水管储存的能量就越大．一旦水泵突然停止运转，回水管内的水流不会立即停止，在高静压水位的作用下，产生的水力冲击就越大．在系统静压水位高于２０ｍ时，应该注意这个问题．采用单侧离心泵２．２．３由于单侧离心泵叶轮的结构特点，停泵时，叶轮在失去动力的情况下快速停止，此时大量的水流无法顺利通过叶轮流向前方，叶轮对水流产生巨大的阻力，容易在叶轮的端面处产生较大的轴向水流推力而无法消除．其结果是形成反向回流，在叶轮端面产生负压，回流一段时间后，水流又返回叶轮端面处形成巨大的推力，如此反复，造成较强的水力脉冲．而轴流泵或双吸泵由于叶轮的安装结构特点，停泵后叶轮对水流的阻力小，水流不易在叶轮端面处产生较大的水力冲击，不会产生初始的大振幅水力冲击，就不易形成较大的水力脉冲，系