1/Konzept

Der Begriff Wasserschlag bezeichnet einen Druckstoß, der beim Transport von Wasser (oder anderen Flüssigkeiten) durch plötzliches Öffnen oder Schließen von Türen und Rohren entsteht.API-Absperrklappe, AbsperrschieberVentile prüfen undKugelhähnePlötzliche Stopps von Wasserpumpen, das abrupte Öffnen und Schließen von Leitschaufeln usw. führen zu sprunghaften Änderungen der Durchflussmenge und erheblichen Druckschwankungen. Der Begriff „Wasserschlag“ ist in der Hydraulik weit verbreitet. Er beschreibt einen starken Wasserschlag, der durch den Aufprall des Wasserstroms auf die Rohrleitung beim Starten und Stoppen der Wasserpumpe entsteht. Da die Innenwand des Wasserrohrs glatt ist und das Wasser ungehindert fließen kann, erzeugt der Wasserstrom beim plötzlichen Schließen eines geöffneten Ventils oder beim Stoppen der Wasserpumpe einen Druck auf das Ventil und die Rohrwand, hauptsächlich auf das Ventil oder die Pumpe. Aufgrund der glatten Rohrwand erreicht die hydraulische Kraft unter der Wirkung der Trägheit des nachfolgenden Wasserstroms schnell ihr Maximum und verursacht Schäden. Dies ist der sogenannte „Wasserschlag“ in der Hydraulik, ein positiver Wasserschlag. Umgekehrt tritt auch beim plötzlichen Öffnen eines geschlossenen Ventils oder beim Starten der Wasserpumpe ein Wasserschlag auf, der als negativer Wasserschlag bezeichnet wird, jedoch ist dieser deutlich geringer. Der Druckstoß führt zu Spannungen in der Rohrwand und erzeugt Geräusche, ähnlich wie ein Hammerschlag auf das Rohr. Daher spricht man vom Wasserschlag-Effekt.

2/Gefahren

Der durch einen Wasserschlag entstehende Momentandruck kann das Dutzende- oder sogar Hundertfache des normalen Betriebsdrucks in der Rohrleitung erreichen. Solche starken Druckschwankungen können im Rohrleitungssystem zu heftigen Vibrationen oder Geräuschen führen und Ventilverbindungen beschädigen. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf das Rohrleitungssystem. Um Wasserschläge zu vermeiden, muss das Rohrleitungssystem so ausgelegt sein, dass die Durchflussrate nicht zu hoch ist. Im Allgemeinen sollte die Auslegungsdurchflussrate der Rohrleitung unter 3 m/s liegen, und die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Ventile muss kontrolliert werden.
Da die Pumpe zu schnell gestartet und gestoppt sowie Ventile zu schnell geöffnet und geschlossen werden, ändert sich die Wassergeschwindigkeit drastisch. Besonders der durch das plötzliche Anhalten der Pumpe verursachte Wasserschlag kann Rohrleitungen, Pumpen und Ventile beschädigen, die Pumprichtung umkehren und den Druck im Rohrnetz verringern. Der Wasserschlag hat extrem zerstörerische Auswirkungen: Ist der Druck zu hoch, kann die Rohrleitung platzen. Ist er hingegen zu niedrig, kann die Rohrleitung einstürzen und Ventile sowie Befestigungen beschädigen. Innerhalb kürzester Zeit steigt der Wasserdurchfluss von null auf den Nenndurchfluss. Da Flüssigkeiten kinetische Energie und eine gewisse Kompressibilität besitzen, verursachen diese starken Durchflussänderungen in kürzester Zeit extreme Druckspitzen in der Rohrleitung.

3/generieren

Es gibt viele Ursachen für Wasserschläge. Häufige Faktoren sind folgende:

1. Das Ventil öffnet oder schließt sich plötzlich;

2. Die Wasserpumpeneinheit stoppt oder startet plötzlich;

3. Eine einzelne Rohrleitung transportiert Wasser zu einem höher gelegenen Ort (der Höhenunterschied des Wasserversorgungsgeländes beträgt mehr als 20 Meter);

4. Die Gesamtförderhöhe (bzw. der Betriebsdruck) der Wasserpumpe ist groß;

5. Die Wasserfließgeschwindigkeit in der Wasserleitung ist zu hoch;

6. Die Wasserleitung ist zu lang und das Gelände ändert sich stark.
7. Unregelmäßige Bauarbeiten stellen eine versteckte Gefahr bei Wasserversorgungsprojekten dar.
(1) Beispielsweise entspricht die Herstellung von Zement-Druckpfeilern für T-Stücke, Rohrbögen, Reduzierstücke und andere Verbindungen nicht den Anforderungen.
Gemäß den „Technischen Vorschriften für die Verlegung von starren PVC-Wasserversorgungsleitungen“ müssen an Verbindungsstellen wie T-Stücken, Bögen, Reduzierstücken und anderen Rohren mit einem Durchmesser von ≥ 110 mm Beton-Druckpfeiler installiert werden, um ein Verrutschen der Rohrleitung zu verhindern. Diese „Beton-Druckpfeiler“ müssen mindestens der Festigkeitsklasse C15 entsprechen und vor Ort auf dem ausgehobenen, ursprünglichen Baugrund und der Böschung des Grabens gegossen werden. Manche Bauunternehmen schenken der Funktion von Druckpfeilern nicht genügend Beachtung. Sie nageln Holzpfähle oder verkeilen Eisenzapfen neben der Rohrleitung, um als Druckpfeiler zu dienen. Manchmal ist das Volumen des Betonpfeilers zu gering oder er wird nicht auf dem ursprünglichen Baugrund gegossen. Andererseits sind manche Druckpfeiler nicht ausreichend stabil. Dadurch können die Druckpfeiler im Betrieb der Rohrleitung ihre Funktion nicht erfüllen und werden wirkungslos, was zu einer Fehlausrichtung und Beschädigung von Rohrverbindungsstücken wie T-Stücken und Bögen führt.
(2) Das automatische Auslassventil ist nicht eingebaut oder der Einbauort ist ungeeignet.
Gemäß den Prinzipien der Hydraulik sollten in gebirgigen oder hügeligen Gebieten mit starken Unebenheiten automatische Entlüftungsventile an den höchsten Punkten von Rohrleitungen vorgesehen und installiert werden. Auch in flachen Gebieten mit nur geringen Geländeunebenheiten muss die Trassenführung der Rohrleitungen beim Ausheben von Gräben entsprechend angepasst werden. Bei regelmäßigen Auf- und Abstiegen mit einer Steigung von mindestens 1/500 werden ein bis zwei Entlüftungsventile am höchsten Punkt pro Kilometer installiert.
Da beim Wassertransport in der Pipeline Gas entweicht und sich in den erhöhten Bereichen der Pipeline ansammelt, kann es sogar zu Lufteinschlüssen kommen. Bei schwankender Wasserdurchflussrate werden die Luftblasen in den erhöhten Bereichen ständig komprimiert und ausgedehnt. Der dabei entstehende Gasdruck ist um ein Vielfaches höher als der Druck, der bei der Kompression von Wasser entsteht (öffentlicher Account: Pump Butler). In diesem Abschnitt der Pipeline mit seinen versteckten Gefahren können folgende Situationen eintreten:
• Nachdem das Wasser stromaufwärts durch das Rohr geflossen ist, verschwindet das tropfende Wasser stromabwärts. Dies liegt daran, dass der Luftsack im Rohr den Wasserfluss blockiert und so eine Trennung der Wassersäule bewirkt.
• Das komprimierte Gas in der Pipeline wird bis zum Maximalwert komprimiert und dehnt sich rasch aus, wodurch die Pipeline platzt.
Wird Wasser aus einer höher gelegenen Quelle durch Schwerkraft mit einer bestimmten Geschwindigkeit flussabwärts transportiert und das stromaufwärts gelegene Ventil schnell geschlossen, kommt die Wassersäule im stromaufwärts gelegenen Rohr aufgrund der Trägheit des Höhenunterschieds und der Durchflussrate nicht sofort zum Stillstand. Sie fließt mit einer gewissen Geschwindigkeit weiter flussabwärts. Dabei entsteht in der Rohrleitung ein Vakuum, da die Luft nicht rechtzeitig nachströmen kann. Der Unterdruck führt dazu, dass die Rohrleitung zusammenfällt und beschädigt wird.
(3) Der Graben und der Verfüllboden entsprechen nicht den Vorschriften.
Unsachgemäß angelegte Gräben sind in Bergregionen häufig anzutreffen, vor allem aufgrund des hohen Steinvorkommens. Die Gräben werden manuell ausgehoben oder gesprengt. Der Grabenboden ist stark uneben und weist scharfkantige Steine ​​auf. In solchen Fällen müssen die Steine ​​laut Vorschriften entfernt und der Graben vor der Verlegung der Rohrleitung mit mindestens 15 Zentimetern Sand bedeckt werden. Oftmals handeln Bauarbeiter jedoch nachlässig oder sparen an der falschen Stelle, indem sie den Sand direkt und ohne zusätzliche Bedeckung einfüllen oder nur oberflächlich auftragen. Die Rohrleitung wird dann auf den Steinen verlegt. Nach dem Verfüllen und der Inbetriebnahme des Wassers führt das Eigengewicht der Rohrleitung, der Erddruck, die Fahrzeuglast und die Schwerkraft dazu, dass die Rohrleitung durch die scharfkantigen Steine ​​am Grabenboden stark beansprucht wird. Diese übermäßige Spannungskonzentration kann die Rohrleitung an dieser Stelle beschädigen und zu Rissen entlang einer geraden Linie führen. Dieses Phänomen wird umgangssprachlich als „Rilleneffekt“ bezeichnet.

4/Maßnahmen

Es gibt viele Schutzmaßnahmen gegen Wasserschläge, aber je nach den möglichen Ursachen der Wasserschläge müssen unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden.
1. Die Reduzierung der Durchflussrate in Wasserleitungen kann den Druckstoß zwar bis zu einem gewissen Grad verringern, führt aber zu einem größeren Leitungsdurchmesser und höheren Projektkosten. Beim Verlegen von Wasserleitungen sollten Unebenheiten oder abrupte Gefälleänderungen vermieden werden, um die Leitungslänge zu reduzieren. Je länger die Leitung, desto höher ist der Druckstoß beim Abschalten der Pumpe. Um zwei Pumpstationen zu verbinden, wird ein Saugbrunnen verwendet.
Wasserschlag beim Abschalten der Pumpe

Der sogenannte Pumpenstopp-Wasserschlag bezeichnet das hydraulische Stoßphänomen, das durch plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit in der Wasserpumpe und den Druckleitungen beim Öffnen und Schließen des Ventils aufgrund eines plötzlichen Stromausfalls oder anderer Ursachen entsteht. Beispielsweise kann der Ausfall des Stromnetzes oder elektrischer Geräte, ein vorübergehender Ausfall der Wasserpumpe usw. dazu führen, dass die Kreiselpumpe das Ventil öffnet und stoppt, was einen Wasserschlag beim Pumpenstopp zur Folge hat. Die Stärke des Wasserschlags beim Pumpenstopp hängt hauptsächlich von der geometrischen Förderhöhe im Pumpenraum ab. Je höher die geometrische Förderhöhe, desto größer der Wasserschlag beim Pumpenstopp. Daher sollte eine angemessene Förderhöhe basierend auf den tatsächlichen örtlichen Gegebenheiten gewählt werden.

Der maximale Druckstoß beim Stillstand einer Pumpe kann 200 % des normalen Betriebsdrucks oder sogar mehr erreichen und Rohrleitungen und Anlagen zerstören. Leichte Unfälle verursachen Wasserleckagen und Wasserausfälle; schwere Unfälle führen zu Überschwemmungen des Pumpenraums, Beschädigungen an Anlagen und Einrichtungen und können sogar Personenschäden oder Todesfälle zur Folge haben.

Nach einem unfallbedingten Pumpenstopp warten Sie, bis das Rohr hinter dem Rückschlagventil mit Wasser gefüllt ist, bevor Sie die Pumpe wieder einschalten. Öffnen Sie beim Einschalten der Pumpe das Auslassventil nicht vollständig, da sonst ein starker Wasserschlag entsteht. Schwere Wasserschlagunfälle ereignen sich in vielen Pumpstationen häufig unter solchen Umständen.

2. Installation eines Geräts zur Beseitigung von Wasserschlägen
(1) Verwendung der Konstantspannungsregelungstechnik
Ein SPS-gesteuertes System regelt die Drehzahl der Pumpe mit variabler Frequenz und den gesamten Betrieb des Wasserversorgungssystems. Da sich der Druck im Wasserleitungsnetz mit den Betriebsbedingungen ändert, treten im Systembetrieb häufig Unter- oder Überdruck auf, die leicht zu Druckstößen und damit zu Schäden an Rohrleitungen und Anlagen führen können. Das SPS-gesteuerte System überwacht das Rohrleitungsnetz, erfasst den Druck, regelt Start und Stopp der Wasserpumpe, passt die Drehzahl an, steuert den Durchfluss und hält so den Druck auf einem bestimmten Niveau. Der Wasserdruck der Pumpe kann über den Mikrocomputer eingestellt werden, um eine konstante Wasserversorgung zu gewährleisten und übermäßige Druckschwankungen zu vermeiden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit von Druckstößen reduziert.
(2) Wasserschlagdämpfer installieren
Dieses Gerät verhindert hauptsächlich Druckstöße beim Abschalten der Pumpe. Es wird üblicherweise in der Nähe des Pumpenauslasses installiert. Es nutzt den Leitungsdruck als Antrieb für eine automatische Niederdruckableitung. Das heißt, sobald der Druck in der Leitung unter den eingestellten Schutzwert fällt, öffnet sich der Ablasshahn automatisch, um das Wasser abzulassen. Die Druckentlastung dient dem Druckausgleich in den Rohrleitungen und verhindert so die Auswirkungen von Druckstößen auf Geräte und Leitungen. Druckstoßdämpfer lassen sich grundsätzlich in zwei Typen unterteilen: mechanische und hydraulische. Mechanische Dämpfer müssen nach dem Auslösen manuell zurückgesetzt werden, während hydraulische Dämpfer automatisch zurückgesetzt werden.
(3) Installieren Sie ein langsam schließendes Rückschlagventil am Auslassrohr der Wasserpumpe mit großem Durchmesser.

Es kann den Wasserschlag beim Abschalten der Pumpe wirksam beseitigen, aber da beim Einschalten eine gewisse Wassermenge zurückfließt, …API 609Wenn das Ventil aktiviert ist, muss der Wasseransaugschacht über ein Überlaufrohr verfügen. Es gibt zwei Arten von langsam schließenden Rückschlagventilen: Druckstoßventile und Energiespeicherventile. Bei diesem Ventiltyp lässt sich die Schließzeit innerhalb eines bestimmten Bereichs nach Bedarf einstellen (siehe: Pump Butler). Im Allgemeinen schließt das Ventil nach einem Stromausfall innerhalb von 3 bis 7 Sekunden zu 70 bis 80 %. Die Schließzeit der verbleibenden 20 bis 30 % wird je nach den Gegebenheiten der Wasserpumpe und der Rohrleitung angepasst und liegt üblicherweise zwischen 10 und 30 Sekunden. Es ist zu beachten, dass die Wirkung des langsam schließenden Rückschlagventils bei Druckstößen in der Rohrleitung stark eingeschränkt ist.
(4) Einen Einweg-Druckregulierturm errichten
Der Druckausgleichsturm wird in der Nähe des Pumpwerks oder an einer geeigneten Stelle der Rohrleitung errichtet. Seine Höhe liegt unterhalb des dort herrschenden Rohrleitungsdrucks. Sinkt der Druck in der Rohrleitung unter den Wasserstand im Turm, füllt der Druckausgleichsturm Wasser in die Rohrleitung nach, um ein Brechen der Wassersäule und damit verbundene Druckstöße zu verhindern. Seine druckmindernde Wirkung bei anderen Druckstößen als dem durch Pumpenstillstand verursachten Druckstoß, wie beispielsweise dem durch Ventilschließung, ist jedoch begrenzt. Darüber hinaus muss das im Druckausgleichsturm verwendete Rückschlagventil absolut zuverlässig funktionieren. Ein Ventilausfall kann einen starken Druckstoß verursachen.
(5) Installieren Sie ein Bypassrohr (Ventil) in der Pumpstation.
Im Normalbetrieb des Pumpensystems ist das Rückschlagventil geschlossen, da der Wasserdruck auf der Druckseite der Pumpe höher ist als auf der Saugseite. Bei einem plötzlichen Stromausfall, der die Pumpe stoppt, sinkt der Druck am Auslass des Wasserpumpwerks rapide, während der Druck auf der Saugseite sprunghaft ansteigt. Durch diesen Druckunterschied drückt das kurzzeitig unter hohem Druck stehende Wasser in der Saugleitung die Ventilplatte des Rückschlagventils auf und strömt in das kurzzeitig unter niedrigem Druck stehende Wasser in der Druckleitung. Dadurch steigt der dortige niedrige Wasserdruck an; gleichzeitig wird der Druckstoß auf der Saugseite der Pumpe reduziert. Auf diese Weise werden Druckstoß und Druckabfall auf beiden Seiten des Wasserpumpwerks kontrolliert und somit die Gefahren durch Druckstöße wirksam verringert und verhindert.
(6) Ein mehrstufiges Rückschlagventil einrichten
In einer langen Wasserleitung fügen Sie einen oder mehrereRückschlagventileDie Wasserleitung wird in mehrere Abschnitte unterteilt, und an jedem Abschnitt wird ein Rückschlagventil installiert. Wenn bei einem Wasserschlag Wasser in der Leitung zurückfließt, schließen die Rückschlagventile nacheinander, um den Rückfluss in mehrere Abschnitte zu unterteilen. Da der hydrostatische Druck in jedem Abschnitt der Wasserleitung (bzw. im Rückflussabschnitt) relativ gering ist, wird die Wassermenge reduziert. Diese Schutzmaßnahme kann effektiv eingesetzt werden, wenn der Höhenunterschied in der Wasserversorgung groß ist; sie kann jedoch eine Trennung der Wassersäule nicht vollständig ausschließen. Ihr größter Nachteil ist der erhöhte Stromverbrauch der Wasserpumpe im Normalbetrieb und die damit verbundenen höheren Wasserversorgungskosten.