CN111059399A - 一种大口径管道抑制和平衡水锤装置及方法 - Google Patents

一种大口径管道抑制和平衡水锤装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种大口径管道抑制和平衡水锤装置及方法，该装置设置在闸阀的进水一侧的管道通路中，沿水流方向依次为扰流弧形结构、三通管缓冲结构和闸阀；所述扰流弧形结构包括设置在管道内的扰流弧形块；所述三通管缓冲结构包括连接在管道通路中的三通管道和连接在三通管道内的缓冲组件。本发明设计了两个连续设置的缓冲结构用于抑制和平衡水锤现象，加工方式简单，减速水锤速度效果好，不影响管路强度，适用于大流量、大口径供水管道，有效抑制和平衡水锤带给闸阀和其他供水设施的破坏性。

Description

一种大口径管道抑制和平衡水锤装置及方法
技术领域
本发明涉及供水处理领域，特别是一种管道抑制水锤的装置和方法。
背景技术
在供水处理设施过程中，在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起水击，特别是大口径大流量的管道设施，水锤现象会严重破坏供水过程中的管道和阀门等供水设施，重则破坏管道的闸阀、支吊架，损伤汽轮机叶片，冷水冲击热态汽轮机会使汽缸、大轴产生巨大的热应力，直接导致汽缸和转子发生变形、弯曲，出现或扩展裂纹，严重损害汽轮机，甚至导致整台机组报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种大口径管道抑制和平衡水锤装置及方法，要解决水锤现象对管道、阀门等供水设施造成损坏的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大口径管道抑制和平衡水锤装置，设置在闸阀的进水一侧的管道通路中，沿水流方向依次为扰流弧形结构、三通管缓冲结构和闸阀；所述扰流弧形结构包括设置在管道内的扰流弧形块；所述三通管缓冲结构包括连接在管道通路中的三通管道和连接在三通管道内的缓冲组件。
所述扰流弧形结构距离闸阀50～70米；所述扰流弧形块分组设置，每组3～7个，相邻扰流弧形块的间距不超过管道内径尺寸。
每个扰流弧形块与水流的接触面为球面，其长度为2～5米、高度不超过管道内径的1/2。
每组中扰流弧形块沿着管道内壁连续设置，且呈中间高、两侧低的弧线形布置。
所述扰流弧形块至少连续设置有三组，且设置于管道内壁顶部；多组扰流弧形块沿着管道内壁设置、呈波浪形布置。
至少连续设置有三组扰流弧形块位于管道内壁底部；其中位于管道内壁顶部的各组扰流弧形块和位于管道内壁底部的各组扰流弧形块的波峰交错布置。
所述三通管缓冲结构距离闸阀10～20米，至少设置一组；所述三通管缓冲结构的三通管道的进水管段和出水管段均通过法兰与两端的管道对接，三通管道的支管段中滑动连接有缓冲组件。
所述缓冲组件包括滑动连接在三通管道的支管段内的活塞、设置在活塞上的缓冲件、封闭在支管段管口的封板以及连接在支管段外的压力表。
所述活塞、支管段与封板之间形成密闭空间，该密闭空间内压力为0～5kgf/cm2。
所述缓冲件为柔性材料、弹性件或者气囊；其中气囊内预充氮气或者惰性气体，压强为2.5～6MPa；所述气囊呈球形，直径与支管段内径相适应。
所述气囊通过连接支架与活塞连接。
一种应用所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置的方法，具体步骤如下：
步骤一，在闸阀一侧的管道通路上、沿着水流流向依次设置扰流弧形结构和三通管缓冲结构。
步骤二，当水锤产生时，依次经过扰流弧形结构和三通管缓冲结构，抑制和平衡水锤产生的压力和能量。
其中水锤经过扰流弧形结构时，因扰流弧形块而释放大量水锤冲击力，抑制和平衡水锤的破坏力。
水锤经过三通管缓冲结构时，水锤冲击活塞，使活塞带动缓冲件在密闭的三通管的支管段中上升、与封板接触后呈压缩状态，随着缓冲件释放活塞回落，利用缓冲件、活塞随着与水锤冲击上下滑动往复运动，从而抑制和平衡水锤产生的压力和能量，此时压力表中显示三通管缓冲结构中的压力。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明设计了两个连续设置的缓冲结构用于抑制和平衡水锤现象：
第一个是三通管缓冲结构，设置在距离阀门或水泵10～20米处的大口径管道通路上，有效降低了水锤现象对闸阀的损坏：当水锤通过三通管缓冲结构时，水流冲击活塞，使活塞带动气囊在密闭的三通管的支管段中上升、与封板接触后呈压缩状态，随着缓冲件释放活塞回落，利用缓冲件、活塞随着与水锤冲击上下滑动往复运动，压力表中显示三通管缓冲结构中的压力，该缓冲结构有效消耗了水锤的压力和能量。
第二个是扰流弧形结构，设置在距离阀门或水泵50～70米处，当水锤通过本扰流弧形结构时，水流因一系列波浪式的扰流弧形块而释放大量水锤冲击力，使水流能够起到自适应调节的效果，水流型发生变化，收缩水流速度，减弱水锤强度，从而有效抑制和平衡水锤的破坏力，扰流弧形结构主要有三个特点：其一，扰流弧形结构总体形成连续波浪式布置，既顺应水流形态、又可减少与水流的撞击力；其二，由于水流冲击主要集中在管道上部，因此，扰流弧形块主要设置在管道内壁顶部；其三，扰流弧形块与水流的接触面为球面，可以有效的减少水流的撞击力。
本发明加工方式简单，减速水锤速度效果好，不影响管路强度，适用于大流量、大口径供水管道，有效抑制和平衡水锤带给闸阀和其他供水设施的破坏性。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的扰流弧形结构的结构示意图。
图3是本发明的扰流弧形结构的剖面结构示意图。
图4是本发明的扰流弧形结构的布置一结构示意图。
图5是本发明的扰流弧形结构的布置二结构示意图。
图6是本发明的扰流弧形结构的布置三结构示意图。
图7是本发明的三通管缓冲结构的结构示意图。
图8是本发明的三通管缓冲结构的活塞与三通管道连接结构示意图。
图9是本发明的活塞的第一种结构示意图。
图10是本发明的活塞的第二种结构示意图。
附图标记：1-闸阀、2-三通管缓冲结构、21-三通管道、211-进水管段、212-出水管段、213-支管段、2131-滑槽、2132-垫片、214-法兰、22-缓冲组件、221-活塞、222-连接支架、223-气囊、224-封板、225-压力表、226-密封圈、3-扰流弧形结构、31-扰流弧形块、4-管道。
具体实施方式
实施例参见图1所示，这种大口径管道抑制和平衡水锤装置，设置在闸阀1的进水一侧的管道4通路中，沿水流方向依次为扰流弧形结构3、三通管缓冲结构2和闸阀1，其中管道4为大口径供水管道；所述扰流弧形结构3包括设置在管道内的扰流弧形块32；所述三通管缓冲结构2包括连接在管道通路中的三通管道21和连接在三通管道21内的缓冲组件22，其中所述扰流弧形结构3距离闸阀50～70米；所述三通管缓冲结构2距离闸阀10～20米。
参见图2、图3所示，所述扰流弧形块32分组设置，每组3～7个，相邻扰流弧形块32的间距不超过管道内径尺寸；每个扰流弧形块32与水流的接触面为球面，其长度为2～5米、高度不超过管道内径的1/2，每组中扰流弧形块32沿着管道内壁连续设置，且呈中间高、两侧低的弧线形布置。
本例中，扰流弧形块32是5个一组设置，波峰位置扰流弧形块32高度为管道内径的1/2，两则扰流弧形块32高度分别为管道内径的1/3、1/4，在其他实施例中，还可以采用管道内径的1/6、1/5作为波谷位置扰流弧形块32高度参数。
所述扰流弧形块32至少设置有三组，且设置于管道内壁顶部；多组扰流弧形块32沿着管道内壁连续设置、呈波浪形布置。
根据水锤冲击力不同，扰流弧形块32组数可设置三组、五组、七组等，参见图4、图5所示，是两种布置形式，参见图4所示，扰流弧形块32连续布置，整体呈波浪形布置；参见图5所示，5个一组的扰流弧形块32按组分布，各组连续或者间隔分布，整体呈波浪形布置。
参见图6所示，是另一种布置方式，其中扰流弧形块32至少设置有三组在管道内壁底部；其中位于管道内壁顶部的各组扰流弧形块32和位于管道内壁底部的各组扰流弧形块32的波峰交错布置。用于缓解水流经过管道顶部扰流弧形块32波谷后回落对管道底部产生的冲击，位于管道内壁底部的各组扰流弧形块32可以呈弧形布置或者直线型布置，主要集中对应顶部波谷设置。
当水锤通过本扰流弧形结构3时，水流因一系列波浪式的扰流弧形块而释放大量水锤冲击力，使水流能够起到自适应调节的效果，水流型发生变化，收缩水流速度，减弱水锤强度，从而有效抑制和平衡水锤的破坏力。
参见图7所示，所述三通管缓冲结构2的三通管道21的进水管段211和出水管段212均通过法兰214与两端的管道对接，两者的内径相同，对接的法兰之间连接有密封垫片；三通管道21的支管段中滑动连接有缓冲组件22。
所述缓冲组件22包括滑动连接在三通管道21的支管段内的活塞221、设置在活塞上的缓冲件、封闭在支管段管口的封板224以及连接在支管段外的压力表225。所述活塞221、支管段与封板224之间形成密闭空间，该密闭空间内压力为0～5kgf/cm2，该密闭空间与压力表连通。
参见图8所示，所述活塞221内侧设置防水层，三通管道21的支管段内壁设有一段滑槽2131。
参见图9所示，所述滑槽2131为条状、沿着活塞滑动方向竖直设置，此时滑槽至少有两条、均匀间隔设置在支管段内壁上，滑槽的上下两端部对应设有垫片2132，避免与活塞直接撞击，损坏构件；对应活塞221主体呈圆形，边缘对应设有卡合在滑槽内的滑肋，活塞外周有密封圈226，实现与支管段之间的密封连接。本例中设有四道滑槽以及对应的滑肋，选用的垫片为橡胶垫片，选用的密封圈为橡胶圈。
参见图10所示，与条状滑槽不同，本例中滑槽为圆筒形2131，其直径大于支管段内径、且与活塞直径相适应，活塞呈圆形、直接容纳在滑槽中，活塞外周有密封圈226，实现与支管段之间的密封连接，滑槽的上下两端部对应设有垫片2132，避免与活塞直接撞击，损坏构件。本例中选用的垫片为环形橡胶垫圈，选用的密封圈为橡胶圈。
所述缓冲件为柔性材料、弹性件或者气囊223；其中气囊内预充氮气或者惰性气体，压强为2.5～6MPa，本例中采用气囊223，预充气体为氮气，压强为4MPa。气囊的承压能力强、且复位效果好，在其他实施例中也可以采用可压缩回复的柔性材料或者弹簧等弹性件。
所述气囊223可以自由设置在活塞与封板之间，为了保证活塞和气囊的稳定性，还可以通过连接支架222与活塞221连接；连接支架222的底面为平面、且通过螺栓与活塞221外侧连接；连接支架的上表面为弧形、承托在气囊的底部、且与气囊粘接、绑扎连接或者卡固连接。
当水锤通过三通管缓冲结构2时，水流冲击活塞221，使活塞带动气囊223在密闭的三通管的支管段中上升、与封板接触后呈压缩状态，随着缓冲件释放活塞回落，利用缓冲件、活塞随着与水锤冲击上下滑动往复运动，压力表中显示三通管缓冲结构中的压力，该缓冲结构有效消耗了水锤的压力和能量。
一种应用所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置的方法，具体步骤如下：
步骤一，在闸阀一侧的管道通路上、沿着水流流向依次设置扰流弧形结构3和三通管缓冲结构2。
步骤二，当水锤产生时，依次经过扰流弧形结构3和三通管缓冲结构2，抑制和平衡水锤产生的压力和能量。
其中水锤经过扰流弧形结构3时，因扰流弧形块而释放大量水锤冲击力，抑制和平衡水锤的破坏力。
水锤经过三通管缓冲结构2时，水锤冲击活塞221，使活塞带动缓冲件在密闭的三通管的支管段中上升、与封板接触后呈压缩状态，随着缓冲件释放活塞回落，利用缓冲件、活塞随着与水锤冲击上下滑动往复运动，从而抑制和平衡水锤产生的压力和能量，此时压力表中显示三通管缓冲结构中的压力。

Claims (10)

1.一种大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：设置在闸阀（1）的进水一侧的管道（4）通路中，沿水流方向依次为扰流弧形结构（3）、三通管缓冲结构（2）和闸阀（1）；
所述扰流弧形结构（3）包括设置在管道内的扰流弧形块（32）；
所述三通管缓冲结构（2）包括连接在管道通路中的三通管道（21）和连接在三通管道（21）内的缓冲组件（22）。
2.根据权利要求1所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述扰流弧形结构（3）距离闸阀50～70米；
所述扰流弧形块（32）分组设置，每组3～7个，相邻扰流弧形块（32）的间距不超过管道内径尺寸；
每个扰流弧形块（32）与水流的接触面为球面，其长度为2～5米、高度不超过管道内径的1/2。
3.根据权利要求2所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
每组中扰流弧形块（32）沿着管道内壁连续设置，且呈中间高、两侧低的弧线形布置。
4.根据权利要求3所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述扰流弧形块（32）至少连续设置有三组，且设置于管道内壁顶部；
多组扰流弧形块（32）沿着管道内壁设置、呈波浪形布置。
5.根据权利要求4所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
至少连续设置有三组扰流弧形块（32）位于管道内壁底部；
其中位于管道内壁顶部的各组扰流弧形块（32）和位于管道内壁底部的各组扰流弧形块（32）的波峰交错布置。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述三通管缓冲结构（2）距离闸阀10～20米，至少设置一组；
所述三通管缓冲结构（2）的三通管道（21）的进水管段（211）和出水管段（212）均通过法兰（214）与两端的管道对接，三通管道（21）的支管段中滑动连接有缓冲组件（22）。
7.根据权利要求6所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述缓冲组件（22）包括滑动连接在三通管道（21）的支管段内的活塞（221）、设置在活塞上的缓冲件、封闭在支管段管口的封板（224）以及连接在支管段外的压力表（225）；
所述活塞（221）、支管段与封板（224）之间形成密闭空间，该密闭空间内压力为0～5kgf/cm2。
8.根据权利要求7所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述缓冲件为柔性材料、弹性件或者气囊（223）；
其中气囊（223）内预充氮气或者惰性气体，压强为2.5～6MPa；
所述气囊（223）呈球形，直径与支管段内径相适应。
9.根据权利要求8所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置，其特征在于：
所述气囊（223）通过连接支架（222）与活塞（221）连接。
10.一种应用权利要求7至9任意一项所述的大口径管道抑制和平衡水锤装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，在闸阀一侧的管道通路上、沿着水流流向依次设置扰流弧形结构（3）和三通管缓冲结构（2）；
步骤二，当水锤产生时，依次经过扰流弧形结构（3）和三通管缓冲结构（2），抑制和平衡水锤产生的压力和能量；
其中水锤经过扰流弧形结构（3）时，因扰流弧形块而释放大量水锤冲击力，抑制和平衡水锤的破坏力；
水锤经过三通管缓冲结构（2）时，水锤冲击活塞（221），使活塞带动缓冲件在密闭的三通管的支管段中上升、与封板接触后呈压缩状态，随着缓冲件释放活塞回落，利用缓冲件、活塞与水锤上下往复运动，抑制和平衡水锤产生的压力和能量。
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