Was ist ein Wasserschlag?
Ein Wasserschlag entsteht bei plötzlichem Stromausfall oder zu schnellem Schließen eines Ventils. Aufgrund der Trägheit des Wasserstroms wird eine Stoßwelle erzeugt, ähnlich einem Hammerschlag. Die dabei entstehende Kraft kann Ventile und Pumpen beschädigen.
Wird ein offenes Ventil plötzlich geschlossen, strömt das Wasser gegen das Ventil und die Rohrwand und erzeugt so einen Druck. Aufgrund der glatten Rohrwand erreicht der nachfolgende Wasserdruck unter dem Einfluss der Trägheit schnell seinen Maximalwert und verursacht Schäden. Dies ist der sogenannte „Wasserschlag“ in der Strömungsmechanik, also ein positiver Wasserschlag. Dieser Faktor muss beim Bau von Wasserleitungen berücksichtigt werden.
Im Gegenteil, auch nach dem plötzlichen Öffnen eines geschlossenen Ventils entsteht ein Druckstoß, der als negativer Druckstoß bezeichnet wird. Dieser hat zwar ebenfalls eine gewisse Zerstörungskraft, jedoch nicht so stark wie der zuvor beschriebene Druckstoß. Auch beim plötzlichen Stromausfall oder Anlauf einer elektrischen Wasserpumpe kommt es zu Druckstößen und damit zu Druckstößen. Die Druckwelle breitet sich entlang der Rohrleitung aus und kann leicht zu lokalem Überdruck führen, was wiederum Rohrbrüche und Schäden an den Anlagen zur Folge haben kann. Daher ist der Schutz vor Druckstößen zu einer Schlüsseltechnologie in der Wasserversorgung geworden.
Bedingungen für Wasserschlag
1. Das Ventil öffnet oder schließt sich plötzlich;
2. Die Wasserpumpeneinheit stoppt oder startet plötzlich;
3. Wasserversorgung über eine einzelne Rohrleitung an hochgelegenen Orten (Höhenunterschied im Wasserversorgungsgebiet über 20 Meter);
4. Die Förderhöhe (bzw. der Betriebsdruck) der Pumpe ist groß;
5. Die Wassergeschwindigkeit in der Wasserleitung ist zu hoch;
6. Die Wasserleitung ist zu lang und das Gelände ändert sich stark.
Die Gefahren des Wasserschlags
Der durch einen Wasserschlag verursachte Druckanstieg kann ein Vielfaches oder sogar ein Dutzendfaches des normalen Betriebsdrucks der Rohrleitung erreichen. Solche großen Druckschwankungen schädigen das Rohrleitungssystem hauptsächlich auf folgende Weise:
1. Starke Vibrationen der Rohrleitung und Trennung der Rohrleitungsverbindung verursachen;
2. Das Ventil ist beschädigt, und der Druck ist zu hoch, sodass das Rohr platzen kann und der Druck im Wasserversorgungsnetz sinkt;
3. Ist der Druck hingegen zu niedrig, kollabiert das Rohr, und das Ventil sowie die Befestigungsteile werden beschädigt.
4. Die Wasserpumpe umzukehren, die Ausrüstung oder Rohrleitungen im Pumpenraum zu beschädigen, den Pumpenraum ernsthaft zu überfluten, Personenschäden und andere schwere Unfälle zu verursachen und die Produktion und das Leben zu beeinträchtigen.
Schutzmaßnahmen zur Beseitigung oder Minderung von Wasserschlägen
Es gibt viele Schutzmaßnahmen gegen Wasserschläge, aber je nach den möglichen Ursachen der Wasserschläge müssen unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden.
1. Durch die Reduzierung des Durchflusses in der Wasserleitung lässt sich der Druckstoß zwar bis zu einem gewissen Grad verringern, jedoch erhöht sich dadurch der Leitungsdurchmesser und somit die Projektkosten. Beim Verlegen von Wasserleitungen sollten Unebenheiten und abrupte Gefälleänderungen vermieden werden. Die Stärke des Druckstoßes beim Pumpenstopp hängt hauptsächlich von der Förderhöhe im Pumpenraum ab. Je höher die Förderhöhe, desto größer der Druckstoß. Daher sollte eine angemessene Förderhöhe entsprechend den örtlichen Gegebenheiten gewählt werden. Nach einem Pumpenstopp muss gewartet werden, bis die Leitung hinter dem Rückschlagventil mit Wasser gefüllt ist, bevor die Pumpe wieder in Betrieb genommen wird. Beim Anlaufen der Pumpe darf das Auslassventil nicht vollständig geöffnet werden, da dies zu einem starken Wasserschlag führen kann. Die meisten schweren Druckstoßunfälle in Pumpstationen ereignen sich unter solchen Umständen.
2. Installation eines Geräts zur Beseitigung von Wasserschlägen
(1) Verwendung von Konstantdruckregelungstechnologie:
Da sich der Druck im Wasserversorgungsnetz mit den Betriebsbedingungen ständig ändert, kommt es im Systembetrieb häufig zu Unter- oder Überdruck, was Druckschläge begünstigt und zu Schäden an Rohren und Anlagen führen kann. Zur Druckregelung im Leitungsnetz wird ein automatisches Steuerungssystem eingesetzt. Dieses erfasst den Druck, regelt Start, Stopp und Drehzahl der Wasserpumpe, steuert den Durchfluss und hält den Druck auf einem bestimmten Niveau. Der Wasserdruck der Pumpe kann über einen Mikrocomputer eingestellt werden, um eine konstante Wasserversorgung zu gewährleisten und übermäßige Druckschwankungen zu vermeiden. Dadurch wird die Gefahr von Druckschlägen reduziert.
(2) Installieren Sie den Wasserschlagdämpfer
Diese Vorrichtung verhindert hauptsächlich Druckstöße beim Abschalten der Pumpe. Sie wird üblicherweise in der Nähe des Pumpenauslasses installiert. Sie nutzt den Leitungsdruck als Antrieb für eine automatische Niederdruckabschaltung: Sinkt der Druck in der Leitung unter den eingestellten Schutzwert, öffnet sich der Ablasshahn automatisch und leitet das Wasser ab. Die Druckentlastung gleicht den Druck in den umliegenden Rohrleitungen aus und verhindert so die Auswirkungen von Druckstößen auf Geräte und Leitungen. Druckminderer lassen sich im Allgemeinen in zwei Typen unterteilen: mechanische und hydraulische.
3) Installieren Sie ein langsam schließendes Rückschlagventil am Auslassrohr der großkalibrigen Wasserpumpe.
Es kann den Druckstoß beim Pumpenstopp effektiv eliminieren. Da jedoch beim Öffnen des Ventils ein gewisser Wasserrückfluss auftritt, muss der Saugbrunnen 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 an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Im Allgemeinen schließen 70 % bis 80 % des Ventils innerhalb von 3 bis 7 Sekunden nach einem Stromausfall. Die Schließzeit der verbleibenden 20 % bis 30 % wird je nach den Gegebenheiten der Wasserpumpe und der Rohrleitung angepasst und liegt üblicherweise im Bereich von 10 bis 30 Sekunden. Besonders effektiv ist das langsam schließende Rückschlagventil bei Druckstößen in der Rohrleitung, um den Druckstoß zu überbrücken.
(4) Aufstellung eines Einweg-Überspannungsschutzturms
Der Ausgleichsturm wird in der Nähe des Pumpwerks oder an einer geeigneten Stelle der Rohrleitung errichtet. Seine Höhe liegt unterhalb des Rohrleitungsdrucks. Sinkt der Druck in der Rohrleitung unter den Wasserstand im Turm, speist dieser Wasser in die Rohrleitung ein, um ein Brechen der Wassersäule und damit Druckstöße zu verhindern. Seine druckmindernde Wirkung auf andere Druckstöße als den durch Pumpenstillstand verursachten Druckstoß, beispielsweise den durch Ventilschließung ausgelösten Druckstoß, ist jedoch begrenzt. Zudem muss das im Ausgleichsturm verwendete Rückschlagventil absolut zuverlässig funktionieren. Ein Ventilausfall kann zu schweren Unfällen führen.
(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 und dem damit verbundenen Pumpenstopp sinkt der Druck am Auslass des Pumpwerks rapide, während der Druck auf der Saugseite sprunghaft ansteigt. Durch diesen Druckunterschied drückt das kurzzeitig unter hohem Druck stehende Wasser in der Saugleitung gegen die Rückschlagventilplatte und fließt in die Druckleitung zurück, wodurch der dortige niedrige Wasserdruck ansteigt. Gleichzeitig wird der Druckstoß auf der Saugseite reduziert. Auf diese Weise werden Druckstöße auf beiden Seiten des Pumpwerks kontrolliert und die damit verbundenen Gefahren effektiv verringert und verhindert.
(6) Mehrstufiges Rückschlagventil einstellen
Bei längeren Wasserleitungen werden ein oder mehrere Rückschlagventile eingebaut, die Leitung in mehrere Abschnitte unterteilt und in jedem Abschnitt ein Rückschlagventil installiert. Wenn während eines Druckstoßes Wasser in der Leitung zurückfließt, schließen die Rückschlagventile nacheinander und teilen so den Rückfluss in mehrere Abschnitte auf. Da der hydrostatische Druck in jedem Abschnitt der Wasserleitung (bzw. im Rückflussabschnitt) relativ gering ist, wird der Wasserdurchfluss reduziert. Diese Schutzmaßnahme kann effektiv eingesetzt werden, wenn der Höhenunterschied zwischen Wasserzufuhr und Rohrleitung 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 Kosten der Wasserversorgung.
(7) Am höchsten Punkt der Rohrleitung werden automatische Abluft- und Luftzufuhrvorrichtungen installiert, um die Auswirkungen von Wasserschlägen auf die Rohrleitung zu verringern.
Veröffentlichungsdatum: 23. November 2022