论管路的水击及其预防.pdf

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1、论管路的水击及其预防张占峰(濮阳高新技术产业开发区市政环境卫生管理局，河南濮阳457000)摘要：在蒸汽管线和大1：7径管线上，经常会发生水击，对管道及相连设备的安全产生危害，严重时甚至会造成管道、阀门等设备的破裂损坏，影响装置的安全运行及平稳生产。本文分析了水击现象产生的原因，并针对水击压力的变化规律，提出了减轻水击危害的对策。关键词：蒸气管线；管道；水击；预防中图分类号：’Ⅳ139．2+2文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)04—0223—021水击现象在蒸汽管线和大口径管线上，有时能听到“咣

2、咣”的声音，有经验的工人马上会意识到发生了水击。水击现象是由于介质流动状态忽然改变，管内流体动量发生变化而产生的压力瞬变过程，是管内不稳定流动所引起的一种特殊振荡现象。急剧升降的压力波通过管路传递时产生一种犹如用锤子敲击管路时发出的噪音，所以亦称为水锤。当水击发生时，会对管道及相连设备的安全产生危害：轻微的水击会使管线固定件松动，管线振动扭曲，使用寿命缩短；严重时甚至会造成管道、阀门等设备的破裂损坏。所以在管路设计和生产操作过程中都要尽可能避免发生水击。2水击产生的机理先以管路中阀门骤然关闭的情况为例来说明水击发生

3、时，冲击波产生的原因和传递过程。如图1所示，当阀门在开启一定大小的正常情况下，管中流速为v。，进13压力为po，当阀门骤然关闭时，邻近阀门的一层厚度为△s的液体于△t时间内首先停止流动，该段液体被压缩，压力增高△p，此时由于内部压力上升管壁会发生局部膨胀。此后紧相邻的第二层流体由于受阻而停止流动，发生同样的变化。这样管中流体压力一层层地相继增大及管壁相继膨胀并以压力波的形式由近及远传播。丑一笏乱Po+AP图1水击严生机理设管长为L，水击波速为c，则水击波从阀门传到管入口所需时间为L／e，从t=O瞬时到t=L／e瞬时

4、的时段内水击传播过程如图2(a)所示。当阀门关闭后t。=l_／e时刻，压力波传至管入口处。这时，全管流体处于暂时静止和被压缩状态，管人El处左侧的压力为作者简介：张占峰(1979一)，男，濮阳高新技术产业开发区市政环境卫生管理局工作，从事工程专业技术工作。p0，右侧压力为po+却，该处流体处于受力不平衡的不稳定状态，邻近管人口处的一层液体将在压差△p作用下，开始以速度v0返冲向入口端，于是该处从被压缩状态及周围管壁膨胀状态，首先恢复原来的状态，压力从po+Ap降为Po，随后，一层层的流体和周围的管壁相继恢复原状。如

5、图2(b)所示。当阀门关闭t2=2L／e时刻，紧临阀门的一层液体压力恢复到原来的P。，而流体由于惯性作用仍以v。向管入口方向继续流动，此刻阀门以完全关闭，后面没有液体补充，液体被拉伸膨胀产生负的水击压力△p，同样第二层也依次膨胀形成减压波仍以速度c向管人口方向传递。如图2(c)所示。当阀门关闭后t，=3L／e时刻，减压波传到管人口处，全管内液体处于低压的静止状态，管子处于收缩状态。此时管内压力低于管人口处，又失掉平衡处于不稳定相态，在压力差作用下又以速度c向阀门处传播。如图2(d)所示。直到t4=4L／e时传到阀门

6、处，此时全管又恢复到阀门关闭的流动状态。随后又开始第二个压力波传递过程。如此反复，压力波在管线入1=1和阀门之间的管路上来回振荡，对两端的设备不断产生冲击，并发出“咣咣”的噪声，如果振荡频率和管线发生共振，其破坏力会增强。全鲁令舀十一面三一十_高基甜皇国专目f——L叫f——旦_叶(e)2L／C

7、播。其传播速度用c表示。取流体的纵弹性系数为K(kg￡／m2)，管材纵弹性系数为E(kd／m2)，流体比重Y(kgf．／m3)，管内径为D(m)，管壁厚为e(m)，重力加速度为g(m／s2)，则有公式：c=(Kg／Y)1儿／[1+(K／E)(D／e)c1]1止(1)这里c。是随管道的固定状况不同而变化的系数。取泊松比为灿则：管子上游固定，无轴向位移限制时，c，=1一胆；整个管子有轴向位移限制时，c，=1一斗2；管子有轴向位移限制，但中间有伸缩接头时，c。=1。各种条件下的波速可以根据上式计算得出，对于常用液体c的大

8、约值如下表1所示。表1常用液体的C值种类水原油轻油汽油液化气喷气燃料1440～1240一1350～1150—1290～C(m／s)1000155014801400125013503．2水击压力的计算水击产生的压力高低是由流体加速时的激烈程度决定的，严格地说就是由在压力波从配管中速度变化的原因点开始传播到管端部之后，再由管端部传播到速度变化原因点的时间段内的流