技術(shù)分享 | 水泵、沙缸爆裂的真實原因及解決方法

一、水錘效應(yīng)

   在有壓管路系統(tǒng)中，由于某些外界原因（如閥門突然開啟或關(guān)閉，水泵機組啟動或突然停止等），使得水流速度突然發(fā)生較大變化，從而引起壓強急劇升高和降低，此現(xiàn)象就是水擊，或水錘效應(yīng)。水錘使壓強大幅度波動，可導(dǎo)致管道強烈的振動，產(chǎn)生噪聲，損壞一些設(shè)備和管件。

1、如果系統(tǒng)設(shè)計欠佳、管道較小的時候，產(chǎn)生的水錘可以導(dǎo)致管道強烈的振動、造成沖擊會很大，有可能對系統(tǒng)的管道、管件和設(shè)備造成破壞。

2、如果選用水泵的富裕揚程過高，在啟動水錘的沖擊下，有時砂缸會象吹氣球一樣膨脹、甚至爆裂。

3、如果游泳池與機房位置高差很大時，開啟和關(guān)閉水泵和閥門，也會造成水錘的水擊現(xiàn)象，損壞系統(tǒng)的設(shè)備和管閥。所以說，有效的防止水錘現(xiàn)象，也是實現(xiàn)設(shè)備安全的主要因素。

解決辦法  

 止回閥：依靠液體本身的流動，自動打開或關(guān)閉密封擋板，從而形成液體的單向流動狀態(tài),其作用為保證游泳池、水療池水處理系統(tǒng)管路中的水流定向流動，防止管路中的水流倒流，因水不能倒流，不產(chǎn)生動能，便防止了水錘的產(chǎn)生，有效的保護泳池水處理設(shè)備安全。

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二、泳池設(shè)計和運行中的設(shè)備安全

2.1 壓力探頭

   上文闡述了由負壓真空探頭構(gòu)成的保障人身安全的真空負壓斷電系統(tǒng)和破真空泄壓安全裝置，以下介紹的壓力探頭是保障設(shè)備安全的有效措施。

   人們在反沖洗等操作中、在關(guān)停系統(tǒng)中某個功能的設(shè)備時、在設(shè)備檢修維護中，有時會出現(xiàn)閥門誤操作的現(xiàn)象，不該關(guān)閉的閥門給關(guān)上了，或者是閥門、管件、管道出現(xiàn)了故障被堵塞了，這些都會使系統(tǒng)的壓力急劇增大而使水泵、砂缸、管閥等設(shè)備爆裂。如果在水泵出水口處安裝了壓力探頭，當系統(tǒng)壓力達到一定限度時，水泵的電源就會自動切斷，從而保證了設(shè)備的安全。

2.2 不同高差的處理方式

   對于當游泳池與機房高差約5米的正常壓力循環(huán)過濾系統(tǒng)、當游泳池與機房高差約10米的負壓力過濾系統(tǒng)或重力過濾系統(tǒng)、當游泳池與機房高差約20米的重力循環(huán)過濾系統(tǒng)這三種情況做了探討，研究游泳池與機房位置不同高差時泳池水泵的選擇，也是解決游泳池設(shè)備安全的方法。

2.2.1正常落差約5米時的壓力過濾系統(tǒng)

   有壓管路系統(tǒng)中水擊現(xiàn)象（水錘效應(yīng)）及其復(fù)雜，在游泳池工程實踐中，為了使問題簡化，本文只探討由于開啟水泵所造成水錘的情況，而且對于水力學(xué)的原理和計算，本文只做描述和簡化的統(tǒng)計，不做精確的量化分析。

圖1. 泳池與機房的高差約5米時可用的循環(huán)過濾系統(tǒng)

   有一高檔酒店，如果游泳池與機房的落差只有一個層高（約5米），可以采用上圖所示的循環(huán)過濾系統(tǒng)，當然可以把池壁給水改成池底給水，這就變成標準的逆流式循環(huán)方式。而在實際工程中，當有時做成池底給水有困難或做不到時，就可采用球型縮口的池壁給水，也會具有很好的過濾效果和水質(zhì)。當然均衡水箱也可以做在泳池旁邊與池體等高。

   如果按照技術(shù)標準和規(guī)范設(shè)計，選用的管道尺寸、砂缸大小、水泵揚程流量等都符合標準，系統(tǒng)在砂缸初始過濾的運行狀態(tài)下，一般來說，泵前的真空表的讀數(shù)小于-0.2bar，泵后的壓力表約0.8—1bar，砂缸上的壓力表的讀數(shù)與泵后壓力表讀數(shù)很接近。當砂缸上的壓力表的讀數(shù)到1.2—1.3bar時，就要對砂缸進行反沖洗，反沖洗前砂缸最大壓力不得超過1.5bar。在反沖洗前正常壓力時，系統(tǒng)的壓頭小于15米，因此循環(huán)過濾水泵的揚程選在15米是比較合適的。

   如果選用的水泵揚程是15米，在水泵啟動時不到1秒鐘的時間里，馬達即可從靜止狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，如果只考慮系統(tǒng)的摩擦力，此時所克服的靜摩擦就是動摩擦的3倍，即1.5bar×3=4.5bar。這個壓力就是壓力過濾器的靜壓測試壓力。由于水流的瞬時沖擊，就造成了水泵的啟動水錘，但它不超過砂缸的耐壓限度。

   這是落差為5米時的情況，此時的靜壓約為0.5bar，所以在壓力表讀數(shù)所反映才系統(tǒng)總的壓頭里也應(yīng)該包括了這個數(shù)值，也可以把此時的靜壓忽略不計。

2.2.2大落差時對過濾系統(tǒng)的特殊處理

   如果泳池到機房的落差很大時，水的靜壓也就不能忽略了，管道加長后水擊的風(fēng)險相應(yīng)加大，以下探討落差約為10米的負壓過濾系統(tǒng)和落差約為20米的重力過濾系統(tǒng)，以防止水泵啟動水錘的水擊現(xiàn)象。

  (1) 落差約10米的負壓過濾系統(tǒng)

   如果泳池到機房的落差為10米時，由于管道長度增加了很多，沿程阻力和局部阻力也要相應(yīng)增大，此時的靜壓也增加為1bar，如果采用上述的壓力過濾系統(tǒng)和同樣的水泵，在水泵啟動時不到1秒鐘的時間里，由于水流水壓的瞬時沖擊，就造成了水泵更大的啟動水錘，如果還采用壓力過濾的循環(huán)過濾系統(tǒng)，石英砂過濾器、泵體和管件常常會被水擊而損壞。

   此時可以采用石英砂過濾器的負壓過濾系統(tǒng)，如圖所示。這樣可以減少對砂缸的水擊現(xiàn)象，對砂缸起到一定的保護作用。但是采用負壓過濾系統(tǒng)，在反沖洗時，要考慮特殊的泵后三通排污或采用專用反沖洗水泵。由于反沖洗時切斷了原來的循環(huán)過濾系統(tǒng)、只打開均衡水箱—水泵—砂缸—市政排污的很短的管道系統(tǒng)，反沖洗時砂缸砂層膨脹又使其阻力變小，此時砂缸的承壓很小。

圖2. 泳池與機房的落差約10米時可用負壓過濾系統(tǒng)

   當然，由于泳池與機房的落差10米時的靜壓為1bar，在壓力過濾時，砂缸初始壓力約為0.8—1bar，所以利用重力的靜壓1bar就可以進行重力過濾，這種過濾方式將在下一個小節(jié)里詳述。

(2) 落差約20米的重力過濾系統(tǒng)

   如果泳池到機房的落差為20米時，由于管道長度進一步增加，沿程阻力和局部阻力也增大了很多，此時的靜壓也增加為2bar，如果采用上述的壓力過濾系統(tǒng)和同樣的水泵，在水泵啟動時不到1秒鐘的時間里，由于水流水壓的瞬時沖擊，就造成了水泵巨大的啟動水錘，如果還采用壓力過濾的循環(huán)過濾系統(tǒng)，石英砂過濾器、泵體和管件會很容易被水擊而損壞。此時如果采用負壓過濾的方式，雖然對水錘的影響會消除一些，但是它存在負壓過濾時流量不易掌握和控制、反沖洗系統(tǒng)不易實現(xiàn)等缺點。此時可以采用石英砂過濾器的重力過濾系統(tǒng)，如圖所示。

   石英砂過濾器的重力過濾系統(tǒng)，其池水靠重力的作用從溢水槽經(jīng)過砂缸過濾后流入均衡水箱，這是一個開式的水系，目的是靠重力實現(xiàn)過濾；此時整個系統(tǒng)里存在著兩個水系，另一個水系是通過提升泵把過濾后的凈水提升到游泳池里，它還要同時完成凈水的加熱、氯消毒和臭氧消毒等功能。

圖3. 泳池與機房的落差約20米時可用重力過濾系統(tǒng)

水位控制的3個節(jié)點是低位報警、自動停泵、自動補水，中位自動啟動砂缸前的電動閥、自動開啟提升泵，高位報警、自動排水、自動關(guān)閉砂缸前的電動閥。在砂缸前同時安裝手動流量調(diào)節(jié)閥和電動閥，當電動閥打開時，根據(jù)流量計的流量來調(diào)節(jié)手動流量調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)的流量與砂缸設(shè)計的循環(huán)流量相等，這就是手動流量調(diào)節(jié)閥所需的固定位置。當然，在砂缸前的電動閥之前，安裝流量閥和減壓閥也很重要，使壓力約為1bar、流量等于設(shè)計的循環(huán)流量。

反沖洗就可直接利用池水的重力來進行，由于此時水流方向是從砂缸底部向上部反向沖洗，原來過濾循環(huán)時的沙層壓緊狀態(tài)變成了沙層膨松狀態(tài)，阻力降低；又因為反沖洗是排污管直接從砂缸的多項閥排出，池水就無需經(jīng)過過濾時的后續(xù)管道，使實際的管道變短，壓力損失大大的降低，所以在反沖洗時總的壓降很小，反沖洗流量和強度都會得到較大的加強，能夠滿足反沖洗的要求。

這是一個實際的案例，工程造價、設(shè)備運行、操作維護、節(jié)能節(jié)水和水質(zhì)達標都具有現(xiàn)實的特殊性、可操作性和先進性。

3.分析和討論

                在常規(guī)情況下，水泵等各種設(shè)備靠近游泳池，層高約為5米時，可以采用壓力過濾系統(tǒng)，水泵應(yīng)選擇低揚程大流量水泵，按標準設(shè)計的管道和選用的砂缸，不會因為開泵停泵所產(chǎn)生的水錘破壞砂缸等設(shè)備和管閥。

如果泳池到機房的落差為10米時的靜壓為1bar，由于管道阻力增大，靜壓也增加為1bar，此時可采用石英砂過濾器的負壓過濾系統(tǒng)，在工作運行時就可以抵消一部分壓力，已達到使用要求。在壓力過濾時，砂缸初始壓力約為0.8—1bar，所以利用重力的靜壓1bar就可以進行重力過濾。

      如果泳池到機房的落差為20米時，由于管道長度進一步增加，沿程阻力和局部阻力也增大了很多，此時的靜壓也增加為2bar，開泵停泵、開關(guān)閥門時，水流速度發(fā)生急大的變化，就引起的較大的水錘，可以破壞過濾設(shè)備、管道、水泵和閥門，這時就可以采用石英砂過濾器的重力過濾系統(tǒng)來實現(xiàn)其運行。