水锤或冲击,是一个值得注意的变化由于加速流体的压力。水锤的最普遍原因是阀关闭,在流体流动迅速减速导致大量增加压力。
在阀门关闭,流动的流体的动能转化为势能的形式的压力。这可能增加的压力会很大,超过设计管道压力等级。阀门是关闭的速度越快,越积极动能转化为压力,导致更高的压力波动。逐渐系统可以减缓其流越多,更好的缓解压力波动。想象逐渐应用制动器在汽车紧急刹车的。通过逐渐减慢,能量是通过系统更好的分散。流体速度顺利通过逐步关闭阀门,和一些注意事项。
一般来说,阀门关闭的时间越长,就会发生较少压力波动。经常有设计启发式“关闭X秒每管直径”或基于其他参数。然而,这些简化的经验法则来减轻水锤事件有两个潜在的缺陷。
- 设计启发式并不总是保守,这意味着一个建议关闭阀不能有效防止激增。这可以由几个不同的因素造成一个简化启发式不占。
- 虽然一个经验法则可能防止激增,它可能会过于保守,导致不必要的长时间关闭。在紧急情况,如紧急关闭,最快的闭包中的许用压力激增是理想的。
相反,如果重点是一个系统对瞬态事件的反应,通过建模、预测响应一个工程师可以减轻(或理想,完全避免)的陷阱heuristic-based闭包。
有效的关闭时间是什么?
虽然延长阀关闭时间理论上应该减轻事件激增,它并不总是缓慢流动的直接关系。
记住,一个阀门关闭的压力增加是由减速引起的液体。如果20秒阀关闭不减速的液体开始直到中途过程,有效的关闭时间只有10秒。有效的关闭时间可以被定义为的时间积极减少在瞬态流量。在这个例子中,如果相同的阀门关闭了超过40秒,有效的关闭时间只会增加20秒。
一个现实生活中的例子探讨了水锤水下管道的阀门关闭。工程师相比20秒阀关闭的600秒关闭水锤建模软件,但如图1所示,有效阀关闭时间还短。液体的快速减速导致剧烈的压力反应在每个测试用例,尽管总体关闭时间越长。
什么导致了有效的关闭时间不同于整体关闭时间?
阀闭包是两个主要影响因素:阀门的固有特征独特的阀门是如何构建的和阀门的安装characteristics-how阀与系统进行交互。
阀门的固有特征告知两件事一个阀门关闭。第一个是阀门关闭的形状特性曲线的形式。例如,流动的速度减少球阀关闭将大大不同于作为一个截止阀关闭速度。图2隔离这些特性曲线效应通过关闭阀门在同一时间从同一起点。很明显一个阀门的建设如何影响缓慢流动的能力在一个闭包,进而影响其压力的回应。
阀的固有特征的第二个因素是启动阀门在全开的损失。例如,截止阀通常造成的损失高于同样尺寸的闸阀。因此,如果这两种类型的阀门被关闭在同一时间,早些时候截止阀将创造更多的损失,因此,开始减少流动更快,导致有效的关闭时间较长。
这个必要的损失控制流被整个系统,使它一个安装阀门特性依赖于系统。例如,带着一个花园软管,用户可以覆盖他们的拇指控制流。软管不弯折时,拇指引起整个系统的大部分损失,用户可以很容易的控制流。然而,如果软管弯折的,正常的系统损失相当高,同样的拇指覆盖将有效降低流更少,如果有的话。这是valve-specific损失总体系统损失的关系,结果发现流量在图像3。
这些nonvalve系统损失可以由很多东西,比如克服高程变化,管道配件,管道直径参数长度增加和减少。当一个系统有其他损失,需要更多的损失通过一个阀控制和减少流开始。这意味着关闭的第一部分通常是无效的,减少了有效的关闭时间。
什么是更好的阀门关闭设计?
记住有效的关闭时间,有很多方法可以快速关闭阀门而不造成一个大事件。
- 确定一个阀门开始减少流量,达到尽可能提前关闭。因为流不应减少通过这个最初的闭包的一部分,没有担心的压力波动。
- 考虑到阀阶段关闭事件的特性曲线。如何关闭截止阀,球阀可能截然不同。
虽然设计启发式和拇指规则是一个很好的近似,预测系统响应的最可靠的方法是通过建模。建模系统允许快速迭代和设计替代测试领域实现或之前购买的组件。建模提供了信心的设计,同时避免典型heuristic-based设计的陷阱。特别是阀门关闭响应是高度依赖于阀门的周边系统,创建一个策划关闭更容易在一个模型的软件是可定制的。
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