CN113586836B - 一种水锤消除装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水锤消除装置，其包括连接管，连接管外壁上设置有连接体，连接管上设置有与连接体连通的通道；连接体的设置有出口管，出口管的上安装有罐体；出口管与罐体之间安装有流量阀；罐体的罐口处内设置有内胆组件；罐体上设置有液位组件和测压组件，罐体顶部设置有进气管，进气管上安装有进气阀。

Description

一种水锤消除装置

技术领域

本发明涉及排水和管道技术领域，具体涉及一种水锤消除装置。

背景技术

当泵站发生停泵水锤事故时，将造成“跑水”、停水，严重的还造成泵房被淹，以至于工厂被迫停产、冲坏基础设施，还有的设备被水锤压力破坏造成人员伤亡事故，水锤效应是指给水泵在启动和停止时，水流冲击管道，产生的一种严重水击，由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如，当打开的阀门突然关闭或给水泵停止，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力，由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水力学当中的“水锤效应”，也就是正水锤，相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大，由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，这种大幅度压强波动，可导致管道系统产生强烈振动或噪声，并可能破坏阀门接头，对管道系统有很大的破坏作用，水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件，由于流体具有动能和一定程度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击，压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤效应。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种水锤消除装置，其目的是解决现有突然停泵后发生水锤效应导致主水管、水泵等设备损坏的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种水锤消除装置，其包括连接管，连接管外壁上设置有连接体，连接管上设置有与连接体连通的通道；连接体的设置有出口管，出口管上安装有罐体；出口管与罐体之间安装有流量阀；

罐体的罐口处内设置有内胆组件；罐体上设置有液位组件和测压组件，罐体顶部设置有进气管，进气管上安装有进气阀。

进一步，内胆组件包括环形的第一壳体和设置在第一壳体上且为弹性的内胆本体；罐体位于开口处的内壁上设置有台阶孔，第一壳体的外壁上设置有与台阶孔配合安装的第一耳板，第一耳板通过螺栓连接在台阶孔上。

进一步，第一壳体的外径与罐体的开口处内径过渡配合。

进一步，第一壳体的顶面开有环形槽，内胆本体的开口镶嵌在环形槽中，内胆本体与环形槽的外侧面之间插接有插件，插件通过调节螺栓连接在第一壳体顶面上。

进一步，插件包括用于插在内胆本体与环形槽外侧面之间且为环形的第二壳体和固定在第二壳体顶面上的至少两个第二耳板，第二壳体的外侧面为斜面，第二耳板通过调节螺栓连接在第一壳体的顶面上。

进一步，环形槽的内侧面上设有多个凸起。

进一步，液位组件包括安装在罐体上的量筒、螺栓连接在量筒底部的底座和水平杆；量筒内部沿其长度方向设置有十字形滑槽，水平杆的一端设置有与十字形滑槽滑动配合的十字形滑块，另一端延伸出量筒位于罐体中且安装有透明箱，透明箱内设有测量内胆组件高度的检测元件。

进一步，底座与十字形滑块之间设置有弹簧。

本发明的有益效果为：

初次吸收水锤冲击波的原理：连接管与连接体之间形成容纳腔，根据流体力学原理，通过管道内部特殊形状自动汇集空气形成空气腔；正常通水时，由于连接体的设置，在通道口附近形成涡流，容纳腔形成负压，并且水中气泡重力小于水，会通过连通口汇集到容纳腔中，在容纳腔中形成空气腔；

当水泵突然停止后，水锤冲击波通过通道进入容纳腔中，容纳腔中形成空气腔会被压缩，进而初次并及时吸收水锤冲击波；从而保护了设备和管路；还解决存在操作时间慢和设备精度不高的问题；相对现有的水锤冲击装置，本方案在使用设备方面不需要太精密，这样便于节约资金。

二次吸收水锤冲击波的原理；打开流量阀，连接管内的水充进内胆组件，使内胆本体伸展至液位组件的预设值时，关闭流量阀；根据主水管内的水压值，打开进气阀，通过进气管向罐体内充气体，通过测压元件测得罐体内的气压与水压值相等，关闭进气阀。

随着初次吸收水锤冲击波后，流量阀被打开，罐体内的气压大于主水管内的水压，罐体内的气压将可膨胀式内胆内的水向主水管内注入、并与来回震荡的高压水锤波相互冲击以缓冲高压水锤波的冲击力，反复几次缓冲高压水锤波后，水锤波压力会逐渐减小，直至平稳，再次保护了管道。

通过两次吸收水锤冲击波，管路和设备更加安全，使本发明应用广泛。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中一种水锤消除装置的结构示意图。

图2为图1中B的局部图。

图3为内胆组件的主视图。

图4为图3中A的局部图。

图5为液位组件的主视图。

图6为图5中B-B图。

图7为水平杆的俯视图。

图8为水平杆的主视图。

其中：1、连接管；2、出口管；3、流量阀；4、通道；5、连接体；6、弹簧；7、水平杆；8、量筒；9、罐体；10、进气管；11、进气阀；12、测压组件；13、透明箱；14、内胆本体；15、第一壳体；16、插件；17、调节螺栓；19、环形槽；20、底座；21、十字形滑槽；22、十字形滑块。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参考图1-图8，本发明提供一种水锤消除装置，其包括连接管1，连接管1通过法兰连接在保护设备的管口处。连接管1外壁上焊接有连接体5，连接管1上设置有与连接体5连通的通道4，在安装时，连接管1内的水流方向从远离通道4一侧流向设置有通道4一侧，这样在通道4处形成涡旋，使气泡储存在容纳腔中，最后多个气泡在容纳腔中形成气泡层，这样在不打开流量阀3时，容纳腔中气泡层就直接用于初次吸收水锤冲击波，保护设备。

连接体5上设置有出口管2，出口管2的上安装有罐体9；出口管2与罐体9之间安装有流量阀3；参考图1，出口管2、流量阀3和罐体9的管口处优选法兰连接。

罐体9的罐口处内设置有内胆组件；罐体9上设置有液位组件和测压组件12，罐体9顶部设置有进气管10，进气管10上安装有进气阀11；罐体9、内胆组件、液位组件、进气管10和测压组件12组成用于二次吸收水锤冲击波；

在本方案中，通过两次吸收水锤冲击波，可以避免因操作延时或设备不精，不能及时打开水锤冲击装置，造成不能及时保护设备。

参考图1和2，内胆组件包括环形的第一壳体15和设置在第一壳体15上且为弹性的内胆本体14；罐体9的开口处是一段截面为环形的圆柱体，罐体9位于开口处的内壁上设置有台阶孔，第一壳体15的外壁上设置有与台阶孔配合安装的第一耳板，第一耳板通过螺栓连接在台阶孔上；其中在组装后，第一耳板的底面与第一壳体15的底面齐平，具体的可以参考图2方式设置。

优选第一壳体15的外径与罐体9的开口处内径过渡配合；使第一壳体15的外侧面与罐体9的开口处内侧面之间的间隙过大，避免第一壳体15内的水压对第一壳体15造成弯曲变形。

参考图1、3和4，设置的内胆本体14用于承装水。第一壳体15的顶面开有环形槽19，内胆本体14的开口镶嵌在环形槽19中，内胆本体14与环形槽19的外侧面之间插接有插件16，设置的插件16用于将内胆本体14更好的固定在环形槽19中，在使用时，向内胆本体14冲水，避免内胆本体14与第二壳体脱离。插件16通过调节螺栓17连接在第一壳体15顶面上，由于插件16是通过调节螺栓17连接在第一壳体15上，通过拆卸调节螺钉，便于更换内胆本体14。

插件16包括用于插在内胆本体14与环形槽19外侧面之间且为环形的第二壳体，第二壳体与环形的环形槽19配合使用。至少两个第二耳板固定在第二壳体顶面上，第二耳板的数量优选四个，四个第二耳板呈圆形阵列分布，这样使第二壳体受力更均匀，避免出现应力过大，导致第二壳体出现弯曲变形等。

参考图1、3和4，第二壳体的外侧面为斜面，第二耳板通过调节螺栓17连接在第一壳体15的顶面上；通过拧紧调节螺钉，使第二壳体的斜面在环形槽19的外侧面随调节螺钉的下降而下滑，使第二壳体的内侧面不断将内胆本体14挤压在环形槽19的内侧面上，使内胆本体14更好的固定在环形槽19中。设置的调节螺钉有两个作用，第一是用于将插件16连接在第二壳体的顶面上，第二是用于改变插件16位于环形槽19中的深度，也就是调整内胆本体14挤压在环形槽19中的松紧程度。

将第二壳体的外侧面设置成上部半径较大、下部半径较小的斜面，斜面配合调节螺钉，可以使内胆本体14便于挤紧在环形槽19中。环形槽19的内侧面上设有多个凸起，凸起优选三棱锥，三棱锥的顶尖与内胆本体14接触，这样使内胆本体14进一步固定在环形槽19中。

参考图1、5、6、7和8，液位组件包括安装在罐体9上的量筒8，量筒8可以通过螺栓连接在罐体9上；量筒8的材质优选钢化玻璃，便于观察十字形滑块22与滑槽的情况，防止卡主；通过量筒8可以观察到水平杆7位于量筒8中的高度，可以进一步判断出内胆本体14的高度。

量筒8的底部螺栓连接有底座20，这样便于在量筒8中安装十字形滑块22和弹簧6，弹簧6的两端可以焊接在底座20的顶面与十字形滑块22的底面上。量筒8内部沿其长度方向设置有十字形滑槽21，水平杆7的一端设置有与十字形滑槽21滑动配合的十字形滑块22，另一端延伸出量筒8位于罐体9中且安装有透明箱13，透明箱13内设有测量内胆组件高度的检测元件。十字形滑槽21的一个槽贯穿设置在量筒8上，这样便于与罐体9上的槽配合安装。

通过设置十字形滑块22和十字形滑槽21，可以使十字形滑块22在十字形滑槽21中上升或下降；由于十字形滑块22和十字形滑槽21的结构特性，还可以防止水平杆7左右摇摆。设置的弹簧6保证水平杆7可以缓慢下降，间接起到保护了检测元件。透明箱13安装在水平杆7上，具体的，可以参考如图7和8。检测元件安装在透明箱中，但是检测元件的检测头向下，这样检测元件便于测量内胆本体14；通过量筒与检测元件设置，可以更加准确的检测内胆组件14。检测元件可以是红外线位移传感器。

如图5，设置的液位组件用于测量并判断内胆本体14在充水后，内胆本体14的情况，具体的，当内胆本体14在正常充水后，水平杆7就会达到预定高度，测量元件所测的值达到预设值；当内胆本体14在出现漏洞或扭拧，无法正常舒展时，此时水平杆的高度达不到预设高度，测量元件所测的值达不到预设值；此时工作人员可以通过放水，重新充水实验，如果两次或多次结果相同可以更换维修内胆本体14了。

液位组件的工作原理：当内胆本体14充水膨胀时，水平杆7的另一端被内胆本体14顶着上升，同时使水平杆7上的十字形滑块22在十字形滑槽21滑动上升，弹簧6拉伸。当内胆本体14放水急速收缩时，水平杆7的另一端与内胆本体14分开，水平杆14下降，同时水平杆7上的十字形滑块22在十字形滑槽21滑动下降，弹簧6压缩，此时弹簧6起到缓冲作用。

水锤消除装置的安装方式：水锤消除装置安装在主水管上，且通道4设置在水流下方，即连接管1内的水流方向从远离通道4一侧流向设置有通道4一侧。

水锤冲击波的形成原理：当主水管的水泵在突然停止后，主水管内的压力下降，主水管内瞬态静止的水在重力和静水头的作用下产生返流的高压水波，返流的高压水波冲击水泵处的阀后产生来回震荡的高压水锤波。

初次吸收水锤冲击波的原理：连接管1与连接体5之间形成容纳腔，根据流体力学原理，通过管道内部特殊形状自动汇集空气形成空气腔；正常通水时，由于连接体5的设置，在通道4附近形成涡流，容纳腔形成负压，并且水中气泡重力小于水，会通过连通口汇集到容纳腔中，在容纳腔中形成空气腔；

当水泵突然停止后，水锤冲击波通过通道4进入容纳腔中，容纳腔中形成空气腔会被压缩，进而初次并及时吸收水锤冲击波；从而保护了设备和管路；还解决存在操作时间慢和设备精度不高的问题；还相对现有的水锤冲击装置，本方案在使用设备方面不需要太精密，这样便于节约资金。

二次吸收水锤冲击波的原理；打开流量阀3，连接管1内的水充进内胆组件，使内胆本体14伸展至液位组件的预设值时，关闭流量阀3；根据主水管内的水压值，打开进气阀11，通过进气管10向罐体9内充气体，通过测压元件测得罐体9内的气压与水压值相等，关闭进气阀11。

随着初次吸收水锤冲击波后，流量阀3被打开，罐体9内的气压大于主水管内的水压，罐体9内的气压将可膨胀式内胆内的水向主水管内注入、并与来回震荡的高压水锤波相互冲击以缓冲高压水锤波的冲击力，反复几次缓冲高压水锤波后，水锤波压力会逐渐减小，直至平稳，再次保护了管道。

通过两次吸收水锤冲击波，管路更加安全，使本发明应用广泛。

需要说明的是，本水锤消除装置上的电气设备可以与控制器或PLC控制系统或DCS系统连接，控制配合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种水锤消除装置，其特征在于，包括连接管（1），所述连接管（1）外壁上设置有连接体（5），所述连接管（1）上设置有与所述连接体（5）连通的通道（4）；所述连接体（5）上设置有出口管（2），所述出口管（2）上安装有罐体（9）；所述出口管（2）与罐体（9）之间安装有流量阀（3）；

所述罐体（9）的罐口处内设置有内胆组件；所述罐体（9）上设置有液位组件和测压组件（12），所述罐体（9）顶部设置有进气管（10），所述进气管（10）上安装有进气阀（11）；

所述内胆组件包括环形的第一壳体（15）和设置在第一壳体（15）上且为弹性的内胆本体（14）；所述罐体（9）位于开口处的内壁上设置有台阶孔，所述第一壳体（15）的外壁上设置有与台阶孔配合安装的第一耳板，所述第一耳板通过螺栓连接在所述台阶孔上；

所述第一壳体（15）的外径与所述罐体（9）的开口处内径过渡配合；

所述第一壳体（15）的顶面开有环形槽（19），所述内胆本体（14）的开口镶嵌在环形槽（19）中，所述内胆本体（14）与环形槽（19）的外侧面之间插接有插件（16），所述插件（16）通过调节螺栓（17）连接在第一壳体（15）顶面上；

所述插件（16）包括用于插在内胆本体（14）与环形槽（19）外侧面之间且为环形的第二壳体和固定在第二壳体顶面上的至少两个第二耳板，所述第二壳体的外侧面为斜面，所述第二耳板通过调节螺栓（17）连接在第一壳体（15）的顶面上。

2.根据权利要求1所述的水锤消除装置，其特征在于，所述环形槽（19）的内侧面上设有多个凸起。

3.根据权利要求1或2所述的水锤消除装置，其特征在于，所述液位组件包括安装在罐体（9）上的量筒（8）、螺栓连接在所述量筒（8）底部的底座（20）和水平杆（7）；所述量筒（8）内部沿其长度方向设置有十字形滑槽（21），所述水平杆（7）的一端设置有与所述十字形滑槽（21）滑动配合的十字形滑块（22），另一端延伸出量筒（8）位于罐体（9）中且安装有透明箱（13），所述透明箱（13）内设有测量内胆组件高度的检测元件。

4.根据权利要求3所述的水锤消除装置，其特征在于，所述底座（20）与十字形滑块（22）之间设置有弹簧（6）。

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