1/Concept

Waterslag wordt ook wel waterhamer genoemd. Dit treedt op tijdens het transport van water (of andere vloeistoffen) als gevolg van het plotseling openen of sluiten van een kraan.API vlinderklep, schuifafsluiters, terugslagkleppen enkogelkranenBij plotselinge stops van waterpompen, het plotseling openen en sluiten van geleideschoepen, enzovoort, verandert de stroomsnelheid abrupt en fluctueert de druk aanzienlijk. Het waterslag-effect is een treffende term. Het verwijst naar een ernstige waterslag die wordt veroorzaakt door de impact van de waterstroom op de leiding wanneer de waterpomp wordt gestart en gestopt. Omdat de binnenwand van een waterleiding glad is en het water vrij kan stromen, zal de waterstroom, wanneer een open klep plotseling wordt gesloten of de waterpomp wordt gestopt, druk uitoefenen op de klep en de leidingwand, met name op de klep of de pomp. Omdat de leidingwand glad is, bereikt de hydraulische kracht onder invloed van de inertie van de daaropvolgende waterstroom snel zijn maximum en veroorzaakt dit destructieve effecten. Dit is het "waterslag-effect" in de hydraulica, oftewel positieve waterslag. Wanneer een gesloten klep plotseling wordt geopend of de waterpomp wordt gestart, treedt er ook waterslag op, dit wordt negatieve waterslag genoemd, maar deze is minder ernstig. De drukstoot zorgt ervoor dat de pijpwand onder spanning komt te staan ​​en geluid produceert, net zoals een hamer die op de pijp slaat; daarom noemen we dit het waterslag-effect.

2/Gevaren

De momentane druk die door waterslag wordt gegenereerd, kan tientallen of zelfs honderden keren hoger zijn dan de normale bedrijfsdruk in de leiding. Zulke grote drukschommelingen kunnen sterke trillingen of lawaai in het leidingsysteem veroorzaken en de klepverbindingen beschadigen. Dit heeft een zeer schadelijk effect op het leidingsysteem. Om waterslag te voorkomen, moet het leidingsysteem correct worden ontworpen om te voorkomen dat de doorstroomsnelheid te hoog wordt. Over het algemeen moet de ontworpen doorstroomsnelheid van de leiding minder dan 3 m/s zijn en moet de openings- en sluitsnelheid van de kleppen worden gecontroleerd.
Doordat de pomp te snel wordt gestart en gestopt, en de kleppen te snel worden geopend en gesloten, verandert de watersnelheid drastisch. Vooral de waterslag die ontstaat door het plotseling stoppen van de pomp kan leidingen, waterpompen en kleppen beschadigen, en ervoor zorgen dat de waterpomp in omgekeerde richting gaat draaien en de druk in het leidingnetwerk verlaagt. Het effect van waterslag is extreem destructief: als de druk te hoog is, kan dit leiden tot een leidingbreuk. Omgekeerd, als de druk te laag is, kan dit leiden tot het instorten van de leiding en schade aan kleppen en bevestigingen. In zeer korte tijd neemt de waterstroom toe van nul tot de nominale stroomsnelheid. Omdat vloeistoffen kinetische energie en een zekere mate van samendrukbaarheid bezitten, zullen grote veranderingen in de stroomsnelheid in een zeer korte tijdspanne hoge en lage drukpieken in de leidingen veroorzaken.

3/genereren

Er zijn veel oorzaken voor waterslag. De meest voorkomende oorzaken zijn de volgende:

1. De klep opent of sluit plotseling;

2. De waterpomp stopt of start plotseling;

3. Eén enkele pijpleiding transporteert water naar een hoger gelegen punt (het hoogteverschil van het wateraanvoerterrein is groter dan 20 meter);

4. De totale opvoerhoogte (of werkdruk) van de waterpomp is groot;

5. De stroomsnelheid van het water in de waterleiding is te hoog;

6. De waterleiding is te lang en het terrein is erg gevarieerd.
7. Onregelmatige constructie is een verborgen gevaar bij projecten voor waterleidingaanleg.
(1) Bijvoorbeeld, de productie van cementen drukpijlers voor T-stukken, bochten, verloopstukken en andere verbindingen voldoet niet aan de eisen.
Volgens de "Technische voorschriften voor de aanleg van ondergrondse, stijve polyvinylchloride (PVC) waterleidingen" moeten betonnen steunpijlers worden geplaatst bij verbindingen zoals T-stukken, bochten, verloopstukken en andere buizen met een diameter van ≥110 mm om te voorkomen dat de leiding verschuift. De betonnen steunpijlers moeten minimaal van klasse C15 zijn en ter plaatse worden gestort op de uitgegraven funderingsgrond en de helling van de sleuf. Sommige aannemers besteden onvoldoende aandacht aan de rol van steunpijlers. Ze slaan een houten paal of wig naast de leiding om als steunpijler te dienen. Soms is het volume van de betonnen steunpijler te klein of wordt deze niet op de funderingsgrond gestort. Aan de andere kant zijn sommige steunpijlers niet sterk genoeg. Als gevolg hiervan kunnen de steunpijlers tijdens de werking van de leiding hun functie verliezen en onbruikbaar worden, waardoor buisfittingen zoals T-stukken en bochten scheef komen te staan ​​en beschadigd raken.
(2) De automatische uitlaatklep is niet geïnstalleerd of de installatiepositie is onredelijk.
Volgens de principes van de hydraulica moeten automatische ontluchtingskleppen worden ontworpen en geïnstalleerd op de hoogste punten van pijpleidingen in bergachtige gebieden of op hellingen met grote hoogteverschillen. Zelfs in vlakke gebieden met een licht glooiend terrein moeten de pijpleidingen kunstmatig worden aangepast tijdens het graven van sleuven. Er zijn stijgingen en dalingen in een cyclische vorm, de helling is niet minder dan 1/500, en er worden 1-2 ontluchtingskleppen ontworpen op het hoogste punt van elke kilometer.
Tijdens het transport van water door de pijpleiding kan gas ontsnappen en zich ophopen in de verhoogde delen van de pijpleiding, waardoor zelfs luchtophoping kan ontstaan. Wanneer de waterstroom in de pijpleiding fluctueert, worden de luchtbellen in de verhoogde delen voortdurend samengedrukt en uitgezet. De druk die na compressie ontstaat, is tientallen of zelfs honderden keren groter dan de druk die ontstaat na compressie van water (openbaar verslag: Pump Butler). Op dat moment kan dit gevaarlijke gedeelte van de pijpleiding leiden tot de volgende situaties:
• Nadat het water stroomopwaarts door de buis is gestroomd, verdwijnt het druppelende water stroomafwaarts. Dit komt doordat de luchtzak in de buis de waterstroom blokkeert, waardoor er een scheiding van de waterkolommen ontstaat.
• Het gecomprimeerde gas in de pijpleiding wordt tot de maximale druk samengeperst en zet vervolgens snel uit, waardoor de pijpleiding kan scheuren.
• Wanneer water vanuit een hoger gelegen bron met een bepaalde snelheid door zwaartekracht stroomafwaarts wordt getransporteerd, en de stroomopwaartse klep snel wordt gesloten, stopt de waterkolom in de stroomopwaartse leiding door de traagheid van het hoogteverschil en de stroomsnelheid niet onmiddellijk. Het water blijft met een bepaalde snelheid stroomafwaarts bewegen. Op dat moment ontstaat er een vacuüm in de leiding, omdat de lucht niet tijdig kan worden aangevuld. Dit vacuüm zorgt ervoor dat de leiding door de onderdruk leegloopt en beschadigd raakt.
(3) De sleuf en de opvulgrond voldoen niet aan de voorschriften.
Onvoldoende gegraven sleuven komen vaak voor in bergachtige gebieden, voornamelijk vanwege de grote hoeveelheid stenen in bepaalde zones. De sleuven worden handmatig gegraven of met explosieven opgeblazen. De bodem van de sleuf is ernstig oneffen en er steken scherpe stenen uit. Volgens de geldende voorschriften moeten in dergelijke gevallen de stenen op de bodem van de sleuf worden verwijderd en moet er meer dan 15 centimeter zand worden aangebracht voordat de pijpleiding kan worden gelegd. De bouwvakkers handelen echter onverantwoordelijk of nemen de slordigheid op de koop toe door direct zand aan te brengen zonder of slechts symbolisch zand aan te brengen. De pijpleiding wordt dan op de stenen gelegd. Wanneer de sleuf is aangevuld en de waterleiding in gebruik wordt genomen, ontstaat er door het gewicht van de pijpleiding zelf, de verticale gronddruk, de belasting van de voertuigen en de zwaartekracht, een overmatige spanningsconcentratie op de scherpe stenen op de bodem van de pijpleiding. Hierdoor is de pijpleiding zeer vatbaar voor beschadiging en scheuren langs een rechte lijn. Dit wordt vaak het "scheureffect" genoemd.

4/Maatregelen

Er bestaan ​​veel preventieve maatregelen tegen waterslag, maar afhankelijk van de mogelijke oorzaken van de waterslag moeten verschillende maatregelen worden genomen.
1. Het verlagen van de doorstroomsnelheid van waterleidingen kan de waterslagdruk tot op zekere hoogte verminderen, maar dit verhoogt de diameter van de leidingen en daarmee de investeringskosten. Bij het aanleggen van waterleidingen moet rekening worden gehouden met het vermijden van oneffenheden of drastische hellingsveranderingen om de lengte van de leiding te beperken. Hoe langer de leiding, hoe groter de waterslag wanneer de pomp stilstaat. Tussen twee pompstations wordt een aanzuigput gebruikt om de twee pompstations met elkaar te verbinden.
Waterslag wanneer de pomp is uitgeschakeld

De zogenaamde pompstopwaterslag verwijst naar het hydraulische schokfenomeen dat wordt veroorzaakt door plotselinge veranderingen in de stroomsnelheid in de waterpomp en drukleidingen wanneer de klep wordt geopend en gesloten als gevolg van een plotselinge stroomuitval of andere oorzaken. Bijvoorbeeld, een storing in het stroomnet of elektrische apparatuur, een incidentele storing van de waterpompeenheid, enz. kunnen ertoe leiden dat de centrifugaalpomp de klep opent en stopt, met als gevolg waterslag bij het stoppen van de pomp. De omvang van de waterslag bij het stoppen van de pomp is voornamelijk gerelateerd aan de geometrische opvoerhoogte van de pompkamer. Hoe hoger de geometrische opvoerhoogte, hoe groter de waterslag bij het stoppen van de pomp. Daarom moet een redelijke pompopvoerhoogte worden gekozen op basis van de feitelijke lokale omstandigheden.

De maximale waterslagdruk bij het stoppen van een pomp kan oplopen tot 200% van de normale werkdruk, of zelfs hoger, wat leidingen en apparatuur kan beschadigen. Gewone ongelukken leiden tot waterlekkage en wateruitval; ernstige ongelukken kunnen leiden tot overstroming van de pompkamer, beschadiging van apparatuur en installaties, of zelfs persoonlijk letsel of de dood tot gevolg hebben.

Nadat de pomp door een ongeval is uitgevallen, wacht u tot de leiding achter de terugslagklep zich met water heeft gevuld voordat u de pomp weer start. Open de uitlaatklep van de waterpomp niet volledig bij het starten, anders ontstaat er een grote waterslag. Ernstige waterslagongevallen in veel pompstations komen onder dergelijke omstandigheden vaak voor.

2. Installeer een apparaat om waterslag te voorkomen.
(1) Gebruikmaken van constante spanningsregelingstechnologie
Een PLC-automatisch besturingssysteem wordt gebruikt om de pomp met variabele frequentie te regelen en om de werking van het gehele waterpompsysteem automatisch te regelen. Omdat de druk in het waterleidingnet continu verandert met de bedrijfsomstandigheden, komen er tijdens de werking van het systeem vaak lage of hoge drukverschillen voor. Dit kan gemakkelijk waterslag veroorzaken, met schade aan leidingen en apparatuur tot gevolg. Een PLC-automatisch besturingssysteem wordt gebruikt om het leidingnet te regelen. Door middel van drukmeting, feedbackregeling voor het starten en stoppen van de waterpomp en snelheidsaanpassing, en debietregeling, wordt de druk op een constant niveau gehouden. De waterdruk van de pomp kan via de microcomputer worden ingesteld om een ​​constante waterdruk te garanderen en overmatige drukschommelingen te voorkomen. Hierdoor wordt de kans op waterslag verkleind.
(2) Installeer een waterhamer-eliminator
Dit apparaat voorkomt voornamelijk waterslag wanneer de pomp is uitgeschakeld. Het wordt doorgaans geïnstalleerd nabij de uitlaatpijp van de waterpomp. Het gebruikt de druk in de pijp zelf als energiebron om automatische werking bij lage druk te realiseren. Dat wil zeggen, wanneer de druk in de pijp lager is dan de ingestelde beveiligingswaarde, opent de aftapopening automatisch om het water af te voeren. Drukontlasting wordt gebruikt om de druk in de lokale leidingen in evenwicht te brengen en de impact van waterslag op apparatuur en leidingen te voorkomen. Drukontlastingssystemen kunnen over het algemeen worden onderverdeeld in twee typen: mechanisch en hydraulisch. Mechanische drukontlastingssystemen moeten na gebruik handmatig worden gereset, terwijl hydraulische drukontlastingssystemen automatisch kunnen worden gereset.
(3) Installeer een langzaam sluitende terugslagklep op de uitlaatleiding van de waterpomp met grote diameter.

Het kan waterslag effectief voorkomen wanneer de pomp is uitgeschakeld, maar omdat er een bepaalde hoeveelheid water terugstroomt wanneer de pomp weer wordt ingeschakeld, zal er toch een kleine hoeveelheid water terugstromen.API 609Wanneer de klep geactiveerd is, moet de wateraanzuigput een overloopbuis hebben. Er zijn twee soorten terugslagkleppen met een langzame sluiting: hamertype en energieopslagtype. Dit type klep kan de sluitingstijd binnen een bepaald bereik naar behoefte aanpassen (zie ook: Pump Butler). Over het algemeen sluit de klep voor 70% tot 80% binnen 3 tot 7 seconden na een stroomstoring. De resterende 20% tot 30% sluitingstijd wordt aangepast aan de omstandigheden van de waterpomp en de leiding, meestal tussen de 10 en 30 seconden. Het is belangrijk om te weten dat de werking van de terugslagklep met langzame sluiting zeer beperkt is wanneer er een knik in de leiding zit en er waterslag optreedt.
(4) Stel een eenrichtingsdrukregeltoren in
Het wordt gebouwd nabij het pompstation of op een geschikte locatie in de pijpleiding, en de hoogte van de terugslagklep is lager dan de pijpleidingdruk ter plaatse. Wanneer de druk in de pijpleiding lager is dan het waterpeil in de klep, vult de terugslagklep de pijpleiding aan met water om te voorkomen dat de waterkolom breekt en waterslag ontstaat. Het drukverlagende effect op waterslag, anders dan waterslag door het stoppen van een pomp, zoals waterslag door het sluiten van een klep, is echter beperkt. Bovendien moet de werking van de terugslagklep in de terugslagklep absoluut betrouwbaar zijn. Een defect aan de klep kan namelijk een grote waterslag veroorzaken.
(5) Installeer een bypassleiding (klep) in het pompstation
Wanneer het pompsysteem normaal functioneert, is de terugslagklep gesloten omdat de waterdruk aan de perszijde van de pomp hoger is dan de waterdruk aan de zuigzijde. Bij een onverwachte stroomstoring, waarbij de pomp plotseling stopt, daalt de druk aan de uitlaat van het pompstation sterk, terwijl de druk aan de zuigzijde sterk stijgt. Door dit drukverschil duwt het tijdelijk hoge water in de zuigleiding de klep van de terugslagklep open en stroomt het naar het tijdelijk lage water in de persleiding, waardoor de lage waterdruk daar toeneemt. Tegelijkertijd wordt de waterslag aan de zuigzijde verminderd. Op deze manier worden de waterslag en de drukval aan beide zijden van het pompstation beheerst, waardoor waterslaggevaren effectief worden verminderd en voorkomen.
(6) Stel een meertraps terugslagklep in
Voeg in een lange waterleiding een of meer toe.terugslagkleppenVerdeel de waterleiding in verschillende secties en installeer op elke sectie een terugslagklep. Wanneer het water in de leiding terugstroomt tijdens waterslag, sluit elke terugslagklep één voor één om de terugstroom in verschillende secties te verdelen. Omdat de hydrostatische druk in elke sectie van de waterleiding (of terugstroomsectie) vrij klein is, wordt de waterstroom verminderd. Deze beschermingsmaatregel kan effectief worden gebruikt in situaties waar het geometrische hoogteverschil van de watertoevoer groot is, maar sluit de mogelijkheid van waterkolomscheiding niet volledig uit. Het grootste nadeel is: een verhoogd energieverbruik van de waterpomp tijdens normaal gebruik en hogere waterkosten.