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什么是管道中的压力波动?如何进行压力波动分析?

什么是压力浪涌或水锤?是什么原因造成的?

当管道内流量发生变化时,管道内可能会出现压力波动。因此,管道中流体运动速度的变化会引起压力波动,如果流量变化非常快,压力波动会在管道中引起许多问题。浪涌可以在声速下传播,而声速会随着材料和管道厚度的变化而变化。

喘振可以通过假设阀门瞬时关闭来计算由于喘振而增加的压力来确定。较长的关闭时间可以降低喘振力,但不会改变最大喘振压力。最大流体瞬态载荷将只通过管道一次,不考虑反射。如果阀门关闭或泵跳闸,则上游方向产生正压力波,下游方向产生负压力波。这种落在下游侧的压力会导致空化和回流,从而产生自身的喘振效应。管道中的压力波动会导致管道系统或设备的故障,也会导致管道、支架、仪表和部件的故障。

哪些因素可能导致水锤/浪涌?

  • 流体性质必须考虑如密度、体积模量、流速、温度等
  • 这可能是由于管道布局,如平面图,管道等级,等距
  • 正常/控制停机,紧急停机
  • 它可能因阀门的关闭或泵的关闭而引起的关闭,必须考虑关闭时间的准确性
  • 这可能是因为操作上的改变,也可能是因为布局上的改变
  • 水温的变化也会引起压力波动

我们必须考虑被输送的介质

如果被输送的介质是气体,那么速度就会很高,速度的变化也会很高。密度较低,压力脉动适中。如果所传输的介质是流体,那么与气体相比,速度较低,速度变化也较小。密度大,压力脉动也大。

管道中涌浪会引起哪些问题?

  • 当压力非常高时,可能会导致管道和部件的变形或破裂
  • 如果压力过低,就可能导致管道坍塌,泄漏到管道接头和密封处
  • 反向流动可能发生,这可能导致密封损坏,刷齿轮电机,排水储罐和水库
  • 管道的移动和振动也可能会因为浪涌而发生,这可能会导致过应力和支架的失效,最终导致管道的失效。
  • 大的不平衡负载会导致管道移动
  • 如果喘振压力低于运行压力,则可能导致管道空化和坍塌

如何控制水锤?

  • 使用额定高压的管道
  • 缓慢关闭阀门:我们必须使用像隔膜阀或闸阀那样缓慢关闭的阀门
  • 低流体速度
  • 管道控制必须像启动和关闭过程一样正确进行
  • 较短的支管长度
  • 短长度的直管:膨胀回路和弯头,弯头可以减少压力波
  • 我们可以做环形管道,这样从环形管道的两侧低速流动,可以服务于一个分支
  • 飞轮上的泵
  • 泵站绕过
  • 使用空气船
  • 我们可以使用调压罐来防止压力波动,这样管道中的任何水锤都会吹入调压罐,压力会安全地排到罐内的空隙处

如何计算关闭阀门的时间以避免喘振压力?

  • 突然或逐渐关闭阀类所需时间
  • 流速必须小于3m/sec
  • 管子的长度如果管子较短那么水锤的几率就高
  • 管子的弹性以及流体的弹性

时间取决于

  • 管长度
  • 压力波速度
  • 正、负压力波

流体在管道中流动时,如果阀门突然关闭,停止流动,动能就会转化为弹性回弹,在管道中产生连续的正负压波来回振动,直到因摩擦而损失能量。所以如果阀门里的液体停止,水的动能就会转化为势能。

压力波从阀门到阀门的行程时间可以通过计算得到

t = 2 l / c

L=管道长度,单位为米;C=压力波速度(米/秒)

如果阀门关闭时间TC大于2L/c,则阀门关闭是渐进的,如果TC小于等于2L/c,则认为阀门关闭是突然的。

需要做什么浪涌分析?

我们必须做浪涌分析,以保护管道和与之相连的设备。浪涌分析可以保护生命,降低成本。浪涌分析只有在输入系统数据时才能准确。只有输入是准确的,计算模型是真实系统条件的忠实再现,分析才会产生较高的精度。如果存在某种条件,我们在进行浪涌分析时必须非常小心。

  • 如果流体速度的最大变化超过4fps
  • 如果管道的长度超过1000英尺
  • 如果系统中有快速作用的阀门
  • 如果系统中有泵

汹涌分析需要哪些文件?

  • 泵数据表
  • 抽水站内的管道图
  • 泵站内所有舱室图纸
  • 现场布置图,以确定浪涌船的位置
  • 上升主要图纸
  • 放电室的图纸
  • 详细的空气阀
  • 止回阀的详细信息
  • 泵的操作水平
  • 管道的壁厚、长度和直径
  • 用于管道建设的材料,管道的压力等级和设计压力,以及管道是如何安装的,如埋设或放置在支架上

我们如何对系统进行喘振分析?

  • 我们必须建立一个系统的喘振模型并检查其稳态,对每个系统的最大和最小压力分别建立模型
  • 分析生气条件
  • 评估瞬态结果:压力、速度和不平衡力
  • 不平衡力的时间必须确定,并应添加机械模型,每个相关节点的时间历程
  • 当系统需要时,我们必须对其进行修改,如附加支撑、轴向止动器、加固等。

如何缓解压力波动?

我们可以使用不同类型的措施来缓解管道中的压力波动,但没有任何分析,我们无法做到这一点。所以只要确定系统中是否有超出设计压力的问题。我们必须确保用于缓解浪涌压力的装置得到适当的维护。所以有很多方法来减缓浪涌,其中一些确实是

  • 提供安全阀
  • 提供浪涌坦克
  • 增加管道的直径和壁厚
  • 增加阀门的关闭时间。

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