1/Konzept

Wasserschlag wird auch als Wasserschlag bezeichnet. Während des Transports von Wasser (oder anderen Flüssigkeiten) aufgrund plötzlichen Öffnens oder Schließens vonAPI-Schmetterlingsventil, Absperrschieber, Ventile prüfen undKugelhähne. Plötzliches Stoppen von Wasserpumpen, plötzliches Öffnen und Schließen von Leitschaufeln usw., die Durchflussrate ändert sich schlagartig und der Druck schwankt erheblich. Der Wasserschlageffekt ist ein anschaulicher Begriff. Er bezeichnet einen starken Wasserschlag, der durch den Aufprall des Wasserflusses auf die Rohrleitung beim Starten und Stoppen der Wasserpumpe verursacht wird. Da die Innenwand der Wasserleitung glatt ist, kann das Wasser ungehindert fließen. Wenn ein offenes Ventil plötzlich geschlossen oder die Wasserversorgungspumpe gestoppt wird, erzeugt der Wasserfluss einen Druck auf das Ventil und die Rohrwand, hauptsächlich auf das Ventil oder die Pumpe. Da die Rohrwand glatt ist, erreicht die hydraulische Kraft unter der Trägheitswirkung des nachfolgenden Wasserflusses schnell ihr Maximum und erzeugt zerstörerische Wirkungen. Dies ist der „Wasserschlageffekt“ in der Hydraulik, d. h. ein positiver Wasserschlag. Wenn dagegen ein geschlossenes Ventil plötzlich geöffnet oder die Wasserpumpe gestartet wird, tritt ebenfalls ein Wasserschlag auf, der als negativer Wasserschlag bezeichnet wird, aber nicht so stark ist wie der erstere. Durch den Druckeinfluss wird die Rohrwand belastet und es entsteht ein Geräusch, ähnlich wie bei einem Hammerschlag auf das Rohr. Daher spricht man vom Wasserschlageffekt.

2/Gefahren

Der durch Wasserschläge erzeugte Druck kann das Zehn- oder sogar Hundertfache des normalen Betriebsdrucks in der Rohrleitung erreichen. Solche starken Druckschwankungen können starke Vibrationen oder Geräusche im Rohrleitungssystem verursachen und Ventilverbindungen beschädigen. Dies hat schwerwiegende Auswirkungen auf das Rohrleitungssystem. Um Wasserschläge zu vermeiden, muss das Rohrleitungssystem richtig ausgelegt werden, um zu hohe Durchflussraten zu vermeiden. Im Allgemeinen sollte die Durchflussrate der Rohrleitung weniger als 3 m/s betragen, und die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Ventile muss kontrolliert werden.
Durch zu schnelles Starten und Stoppen der Pumpe sowie zu schnelles Öffnen und Schließen der Ventile ändert sich die Geschwindigkeit des Wassers drastisch. Insbesondere der plötzliche Stopp der Pumpe führt zu einem Wasserschlag, der Rohrleitungen, Wasserpumpen und Ventile beschädigen und dazu führen kann, dass die Wasserpumpe umkehrt und den Druck im Rohrleitungsnetz verringert. Der Wasserschlageffekt ist äußerst zerstörerisch: Ist der Druck zu hoch, platzt die Leitung. Ist der Druck hingegen zu niedrig, kollabiert die Leitung und beschädigt Ventile und Befestigungen. Innerhalb kürzester Zeit steigt die Wasserdurchflussrate von null auf die Nenndurchflussrate. Da Flüssigkeiten über kinetische Energie und eine gewisse Kompressibilität verfügen, führen enorme Änderungen der Durchflussrate in sehr kurzer Zeit zu hohen und niedrigen Druckauswirkungen auf die Rohrleitung.

3/generieren

Es gibt viele Gründe für Wasserschläge. Häufige Faktoren sind:

1. Das Ventil öffnet oder schließt plötzlich;

2. Die Wasserpumpeneinheit stoppt oder startet plötzlich;

3. Ein einzelnes Rohr transportiert Wasser an einen hoch gelegenen Ort (der Höhenunterschied des Wasserversorgungsgeländes beträgt mehr als 20 Meter).

4. Die Gesamtförderhöhe (oder der Arbeitsdruck) der Wasserpumpe ist groß;

5. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers in der Wasserleitung ist zu groß.

6. Die Wasserleitung ist zu lang und das Gelände verändert sich stark.
7. Unregelmäßige Bauweise ist eine versteckte Gefahr bei Wasserversorgungspipelineprojekten
(1) Beispielsweise entspricht die Herstellung von Betondruckpfeilern für T-Stücke, Winkelstücke, Reduzierstücke und andere Verbindungen nicht den Anforderungen.
Gemäß den „Technischen Vorschriften für erdverlegte Wasserversorgungsleitungen aus starrem Polyvinylchlorid“ müssen an Verbindungsstellen wie T-Stücken, Kniestücken, Reduzierstücken und anderen Rohren mit einem Durchmesser von ≥ 110 mm Zement-Druckpfeiler installiert werden, um ein Verrutschen der Rohrleitung zu verhindern. „Beton-Druckpfeiler“ sollten mindestens der Güteklasse C15 entsprechen und vor Ort auf dem ausgehobenen ursprünglichen Erdfundament und der Grabenböschung gegossen werden. Manche Baufirmen achten nicht ausreichend auf die Funktion von Druckpfeilern. Sie nageln einen Holzpfahl fest oder klemmen einen Eisenstift neben die Rohrleitung, der als Druckpfeiler dient. Manchmal ist das Volumen des Zementpfeilers zu gering oder er wird nicht auf den ursprünglichen Erdboden gegossen. Andererseits sind manche Druckpfeiler nicht stabil genug. Infolgedessen funktionieren die Druckpfeiler während des Rohrleitungsbetriebs nicht mehr und werden unbrauchbar, was dazu führt, dass Rohrverbindungen wie T-Stücke und Kniestücke verrutschen und beschädigt werden. ​
(2) Das automatische Auslassventil ist nicht installiert oder die Installationsposition ist unzumutbar.
Nach dem Prinzip der Hydraulik sollten automatische Auslassventile an den höchsten Punkten von Rohrleitungen in Bergregionen oder Hügeln mit großen Unebenheiten vorgesehen und installiert werden. Selbst in flachen Gebieten mit leicht hügeligem Gelände müssen die Rohrleitungen beim Ausheben von Gräben künstlich angelegt werden. Es gibt Höhen und Tiefen, die zyklisch ansteigen oder abfallen, die Neigung beträgt mindestens 1/500, und am höchsten Punkt jedes Kilometers sind 1–2 Auslassventile vorgesehen.
Denn während des Wassertransports in der Pipeline entweicht das Gas in der Pipeline und sammelt sich in den erhöhten Teilen der Pipeline, was sogar zu Luftblockaden führen kann. Wenn die Durchflussrate des Wassers in der Pipeline schwankt, werden die in den erhöhten Teilen gebildeten Lufteinschlüsse weiter komprimiert und expandiert, und das Gas wird. Der nach der Kompression erzeugte Druck ist Dutzende oder sogar Hundertmal höher als der Druck, der nach der Wasserkompression entsteht (öffentlicher Account: Pump Butler). Zu diesem Zeitpunkt kann dieser Abschnitt der Pipeline mit versteckten Gefahren zu folgenden Situationen führen:
• Nachdem das Wasser stromaufwärts durch das Rohr geleitet wurde, verschwindet tropfendes Wasser stromabwärts. Dies liegt daran, dass der Luftsack im Rohr den Wasserfluss blockiert und so eine Trennung der Wassersäule verursacht. ​
• Das Druckgas in der Pipeline wird bis zur maximalen Grenze komprimiert und dehnt sich schnell aus, wodurch die Pipeline reißt. ​
• Wenn Wasser aus einer Hochwasserquelle durch die Schwerkraft mit einer bestimmten Geschwindigkeit flussabwärts transportiert wird, stoppt die Wassersäule im flussaufwärts gelegenen Rohr nach dem schnellen Schließen des Ventils flussaufwärts aufgrund der Trägheit des Höhenunterschieds und der Fließgeschwindigkeit nicht sofort. Es bewegt sich immer noch mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit fließt flussabwärts. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich in der Rohrleitung ein Vakuum, da die Luft nicht rechtzeitig nachgefüllt werden kann, wodurch die Rohrleitung durch den Unterdruck entleert und beschädigt wird.
(3) Der Graben- und Verfüllboden entspricht nicht den Vorschriften.
Ungeeignete Gräben sind in Bergregionen häufig anzutreffen, da sich an bestimmten Stellen viele Steine befinden. Die Gräben werden manuell ausgehoben oder mit Sprengstoff gesprengt. Der Boden des Grabens ist stark uneben und weist scharfe Steine auf, die hervorstehen. In diesem Fall müssten gemäß den geltenden Vorschriften die Steine am Boden des Grabens entfernt und mehr als 15 Zentimeter Sand aufgeschüttet werden, bevor die Pipeline verlegt werden kann. Die Bauarbeiter handelten jedoch verantwortungslos oder sparten an der falschen Stelle und verlegten den Sand direkt, ohne Sand aufzuschütten oder nur symbolisch etwas Sand aufzuschütten. Die Pipeline wird auf den Steinen verlegt. Wenn die Verfüllung abgeschlossen ist und die Wasserleitung in Betrieb genommen wird, wird die Pipeline aufgrund des Eigengewichts der Pipeline, des vertikalen Erddrucks, der Fahrzeuglast auf der Pipeline und der überlagerten Schwerkraft von einem oder mehreren scharfen Steinen am Boden gestützt. Aufgrund der übermäßigen Spannungskonzentration ist die Pipeline an dieser Stelle sehr wahrscheinlich beschädigt und reißt entlang einer geraden Linie. Dies wird oft als „Ritzeneffekt“ bezeichnet.

4/Maßnahmen

Es gibt viele Schutzmaßnahmen gegen Wasserschläge, aber je nach den möglichen Ursachen des Wasserschlags müssen unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden.
1. Eine Reduzierung der Durchflussrate von Wasserleitungen kann den Wasserschlagdruck bis zu einem gewissen Grad reduzieren, erhöht jedoch den Durchmesser der Wasserleitungen und damit die Projektinvestitionen. Beim Verlegen von Wasserleitungen sollte darauf geachtet werden, Unebenheiten oder drastische Neigungsänderungen zu vermeiden, um die Länge der Wasserleitung zu verkürzen. Je länger die Leitung, desto höher der Wasserschlagwert beim Abschalten der Pumpe. Von einer Pumpstation zu zwei Pumpstationen wird ein Wassersaugbrunnen verwendet, um die beiden Pumpstationen zu verbinden.
Wasserschlag beim Pumpenstopp

Der sogenannte Pump-Stop-Wasserschlag bezeichnet das hydraulische Schockphänomen, das durch plötzliche Änderungen der Fließgeschwindigkeit in der Wasserpumpe und den Druckleitungen verursacht wird, wenn das Ventil aufgrund eines plötzlichen Stromausfalls oder aus anderen Gründen geöffnet und gestoppt wird. Beispielsweise kann ein Ausfall des Stromnetzes oder der elektrischen Ausrüstung oder ein gelegentlicher Ausfall der Wasserpumpeneinheit usw. dazu führen, dass die Kreiselpumpe das Ventil öffnet und stoppt, was beim Stoppen der Pumpe zu einem Wasserschlag führt. Die Größe des Wasserschlags beim Stoppen der Pumpe hängt hauptsächlich von der geometrischen Förderhöhe des Pumpenraums ab. Je höher die geometrische Förderhöhe, desto größer ist der Wasserschlagwert beim Stoppen der Pumpe. Daher sollte eine angemessene Pumpenförderhöhe basierend auf den tatsächlichen örtlichen Gegebenheiten ausgewählt werden.

Der maximale Druck eines Wasserschlags beim Anhalten einer Pumpe kann 200 % des normalen Betriebsdrucks oder sogar mehr erreichen, was zur Zerstörung von Rohrleitungen und Geräten führen kann. Allgemeine Unfälle führen zu „Wasserlecks“ und Wasserausfällen; schwere Unfälle führen zur Überflutung des Pumpenraums, zur Beschädigung von Geräten und Einrichtungen. Schäden oder sogar zu Personenschäden oder zum Tod.

Warten Sie nach einem Unfallstopp der Pumpe, bis das Rohr hinter dem Rückschlagventil mit Wasser gefüllt ist, bevor Sie die Pumpe starten. Öffnen Sie das Auslassventil der Wasserpumpe beim Starten der Pumpe nicht vollständig, da sonst ein starker Wasserschlag auftritt. Unter solchen Umständen kommt es in vielen Pumpstationen häufig zu schweren Wasserschlagunfällen.

2. Wasserschlag-Eliminierungsgerät einrichten
(1) Verwendung der Konstantspannungsregelungstechnologie
Ein automatisches SPS-Steuerungssystem wird verwendet, um die Pumpe mit variabler Frequenz zu steuern und den Betrieb des gesamten Pumpenraumsystems der Wasserversorgung automatisch zu regeln. Da sich der Druck des Wasserversorgungsleitungsnetzes mit den Betriebsbedingungen ändert, kommt es während des Systembetriebs häufig zu Unter- oder Überdruck, der leicht Wasserschläge verursachen und so zu Schäden an Rohrleitungen und Geräten führen kann. Ein automatisches SPS-Steuerungssystem wird verwendet, um das Rohrleitungsnetz zu steuern. Es erkennt den Druck, steuert Start und Stopp der Wasserpumpe, passt die Geschwindigkeit an und regelt den Durchfluss, um so den Druck auf einem bestimmten Niveau zu halten. Der Wasserversorgungsdruck der Pumpe kann durch Steuerung des Mikrocomputers eingestellt werden, um einen konstanten Wasserversorgungsdruck aufrechtzuerhalten und übermäßige Druckschwankungen zu vermeiden. Die Wahrscheinlichkeit von Wasserschlägen wird reduziert.
(2) Wasserschlagdämpfer installieren
Dieses Gerät verhindert hauptsächlich Wasserschläge bei Pumpenstillstand. Es wird üblicherweise in der Nähe des Auslassrohrs der Wasserpumpe installiert. Es nutzt den Druck in der Leitung selbst als Antrieb für eine automatische Niederdruckregelung. Das heißt, wenn der Druck in der Leitung unter den eingestellten Schutzwert fällt, öffnet sich die Ablassöffnung automatisch und lässt Wasser ab. Die Druckentlastung dient dazu, den Druck in den Rohrleitungen auszugleichen und die Auswirkungen von Wasserschlägen auf Geräte und Rohrleitungen zu verhindern. Eliminatoren lassen sich grundsätzlich in zwei Typen unterteilen: mechanische und hydraulische. Mechanische Eliminatoren werden nach der Aktivierung manuell zurückgesetzt, während hydraulische Eliminatoren automatisch zurückgesetzt werden.
(3) Installieren Sie ein langsam schließendes Rückschlagventil am Auslassrohr der Wasserpumpe mit großem Durchmesser

Es kann effektiv Wasserschlag verhindern, wenn die Pumpe gestoppt wird, aber da eine gewisse Menge Wasser zurückfließt, wenn dieAPI 609Ventil aktiviert ist, muss der Wassersaugbrunnen über ein Überlaufrohr verfügen. Es gibt zwei Arten von langsam schließenden Rückschlagventilen: Hammerventile und Energiespeicherventile. Bei diesen Ventilen lässt sich die Schließzeit je nach Bedarf innerhalb eines bestimmten Bereichs anpassen (weitere Informationen finden Sie unter: Pump Butler). In der Regel schließt das Ventil nach einem Stromausfall innerhalb von 3 bis 7 Sekunden zu 70 % bis 80 %. Die verbleibenden 20 % bis 30 % Schließzeit werden je nach den Bedingungen der Wasserpumpe und der Rohrleitung angepasst und liegen in der Regel im Bereich von 10 bis 30 Sekunden. Es ist zu beachten, dass die Rolle des langsam schließenden Rückschlagventils bei einem Buckel in der Rohrleitung und auftretenden Wasserschlägen sehr eingeschränkt ist.
(4) Einrichten eines Einweg-Druckregelturms
Es wird in der Nähe der Pumpstation oder an geeigneter Stelle an der Rohrleitung errichtet. Die Höhe des Einweg-Druckwasserturms ist niedriger als der dortige Rohrleitungsdruck. Wenn der Druck in der Rohrleitung niedriger ist als der Wasserstand im Turm, führt der Druckregelturm der Rohrleitung Wasser zu, um ein Reißen der Wassersäule zu verhindern und den Wasserschlag zu überbrücken. Seine druckmindernde Wirkung auf andere Wasserschläge als Pumpenstopp-Wasserschläge, wie z. B. Ventilschließ-Wasserschläge, ist jedoch begrenzt. Darüber hinaus muss die Leistung des im Einweg-Druckregelturm verwendeten Einwegventils absolut zuverlässig sein. Ein Ventilausfall kann einen starken Wasserschlag verursachen.
(5) Ein Bypass-Rohr (Ventil) in der Pumpstation einrichten
Wenn das Pumpensystem normal arbeitet, ist das Rückschlagventil geschlossen, da der Wasserdruck auf der Druckseite der Pumpe höher ist als der Wasserdruck auf der Saugseite. Wenn die Pumpe aufgrund eines Stromausfalls plötzlich stoppt, fällt der Druck am Auslass der Wasserpumpstation stark ab, während der Druck auf der Saugseite stark ansteigt. Unter diesem Differenzdruck drückt das vorübergehend unter hohem Druck stehende Wasser in der Hauptsaugleitung die Ventilplatte des Rückschlagventils auf und fließt zum vorübergehend unter niedrigem Druck stehenden Wasser in der Hauptdruckleitung, wodurch der dortige niedrige Wasserdruck ansteigt. Andererseits wird auch der Druckanstieg durch Wasserschläge auf der Saugseite der Wasserpumpe reduziert. Auf diese Weise werden der Anstieg und der Druckabfall durch Wasserschläge auf beiden Seiten der Wasserpumpstation kontrolliert, wodurch die Gefahr von Wasserschlägen wirksam reduziert und verhindert wird.
(6) Ein mehrstufiges Rückschlagventil einrichten
Fügen Sie in einer langen Wasserleitung ein oder mehrereRückschlagventileTeilen Sie die Wasserleitung in mehrere Abschnitte auf und installieren Sie in jedem Abschnitt ein Rückschlagventil. Wenn das Wasser bei einem Wasserschlag in der Wasserleitung zurückfließt, werden die Rückschlagventile nacheinander geschlossen, um den Rückfluss in mehrere Abschnitte aufzuteilen. Da die Wassersäule in jedem Abschnitt der Wasserleitung (bzw. Rückflussabschnitt) relativ gering ist, verringert sich die Wasserdurchflussrate. Diese Schutzmaßnahme kann bei großen geometrischen Höhenunterschieden in der Wasserversorgung wirksam eingesetzt werden. Sie kann jedoch eine mögliche Wassersäulenablösung nicht ausschließen. Die größten Nachteile sind: ein erhöhter Stromverbrauch der Wasserpumpe im Normalbetrieb und höhere Wasserversorgungskosten.