水泵砂沙缸爆裂的真實(shí)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(jī)組啟動(dòng)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(qiáng)急劇升和降低，此現(xiàn)象就是水擊，或水錘效應(yīng)。水錘使壓強(qiáng)大幅度波動(dòng)，可導(dǎo)致管道強(qiáng)烈的振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，損壞一些設(shè)備和管件。

1、如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠佳、管道較小的時(shí)候，產(chǎn)生的水錘可以導(dǎo)致管道強(qiáng)烈的振動(dòng)、造成沖擊會(huì)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(yáng)程過，在啟動(dòng)水錘的沖擊下，有時(shí)砂缸會(huì)象吹氣球一樣膨脹、甚至爆裂。

3、如果游泳池與機(jī)房位置差很大時(shí)，開啟和關(guān)閉水泵和閥門，也會(huì)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(shí)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(dòng)，自動(dòng)打開或關(guān)閉密封擋板，從而形成液體的單向流動(dòng)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(dòng)，防止管路中的水流倒流，因水不能倒流，不產(chǎn)生動(dòng)能，便防止了水錘的產(chǎn)生，有效的保護(hù)泳池水處理設(shè)備安全。

二、泳池設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的設(shè)備安全

2.1 壓力探頭

   上文闡述了由負(fù)壓真空探頭構(gòu)成的保障人身安全的真空負(fù)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(gè)功能的設(shè)備時(shí)、在設(shè)備檢修維護(hù)中，有時(shí)會(huì)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(huì)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(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到一定限度時(shí)，水泵的電源就會(huì)自動(dòng)切斷，從而保證了設(shè)備的安全。

2.2 不同差的處理方式

   對于當(dāng)游泳池與機(jī)房差約5米的正常壓力循環(huán)過濾系統(tǒng)、當(dāng)游泳池與機(jī)房差約10米的負(fù)壓力過濾系統(tǒng)或重力過濾系統(tǒng)、當(dāng)游泳池與機(jī)房差約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(jī)房位置不同差時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)算，本文只做描述和簡化的統(tǒng)計(jì)，不做的量化分析。

1. 泳池與機(jī)房的差約5米時(shí)可用的循環(huán)過濾系統(tǒng)

   有一酒店，如果游泳池與機(jī)房的落差只有一個(gè)層（約5米），可以采用上圖所示的循環(huán)過濾系統(tǒng)，當(dāng)然可以把池壁給水改成池底給水，這就變成標(biāo)準(zhǔn)的逆流式循環(huán)方式。而在實(shí)際工程中，當(dāng)有時(shí)做成池底給水有困難或做不到時(shí)，就可采用球型縮口的池壁給水，也會(huì)具有很好的過濾效果和水質(zhì)。當(dāng)然均衡水箱也可以做在泳池旁邊與池體等。

   如果按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計(jì)，選用的管道尺寸、砂缸大小、水泵揚(yáng)程流量等都符合標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)在砂缸初始過濾的運(yùn)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(dāng)砂缸上的壓力表的讀數(shù)到1.2—1.3bar時(shí)，就要對砂缸進(jìn)行反沖洗，反沖洗前砂缸zui大壓力不得超過1.5bar。在反沖洗前正常壓力時(shí)，系統(tǒng)的壓頭小于15米，因此循環(huán)過濾水泵的揚(yáng)程選在15米是比較合適的。

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

   這是落差為5米時(shí)的情況，此時(shí)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(gè)數(shù)值，也可以把此時(shí)的靜壓忽略不計(jì)。

2.2.2大落差時(shí)對過濾系統(tǒng)的特殊處理

   如果泳池到機(jī)房的落差很大時(shí)，水的靜壓也就不能忽略了，管道加長后水擊的風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)加大，以下探討落差約為10米的負(fù)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(dòng)水錘的水擊現(xiàn)象。

  (1) 落差約10米的負(fù)壓過濾系統(tǒng)

   如果泳池到機(jī)房的落差為10米時(shí)，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(shí)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(dòng)時(shí)不到1秒鐘的時(shí)間里，由于水流水壓的瞬時(shí)沖擊，就造成了水泵更大的啟動(dòng)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(huì)被水擊而損壞。

   此時(shí)可以采用石英砂過濾器的負(fù)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(hù)作用。但是采用負(fù)壓過濾系統(tǒng)，在反沖洗時(shí)，要考慮特殊的泵后三通排污或采用反沖洗水泵。由于反沖洗時(shí)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(shí)砂缸砂層膨脹又使其阻力變小，此時(shí)砂缸的承壓很小。

2. 泳池與機(jī)房的落差約10米時(shí)可用負(fù)壓過濾系統(tǒng)

   當(dāng)然，由于泳池與機(jī)房的落差10米時(shí)的靜壓為1bar，在壓力過濾時(shí)，砂缸初始?jí)毫s為0.8—1bar，所以利用重力的靜壓1bar就可以進(jìn)行重力過濾，這種過濾方式將在下一個(gè)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(jī)房的落差為20米時(shí)，由于管道長度進(jìn)一步增加，沿程阻力和局部阻力也增大了很多，此時(shí)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(dòng)時(shí)不到1秒鐘的時(shí)間里，由于水流水壓的瞬時(shí)沖擊，就造成了水泵巨大的啟動(dòng)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(huì)很容易被水擊而損壞。此時(shí)如果采用負(fù)壓過濾的方式，雖然對水錘的影響會(huì)消除一些，但是它存在負(fù)壓過濾時(shí)流量不易掌握和控制、反沖洗系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)。此時(shí)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(gè)開式的水系，目的是靠重力實(shí)現(xiàn)過濾；此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)里存在著兩個(gè)水系，另一個(gè)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(shí)完成凈水的加熱、氯消毒和臭氧消毒等功能。

3. 泳池與機(jī)房的落差約20米時(shí)可用重力過濾系統(tǒng)

水位控制的3個(gè)節(jié)點(diǎn)是低位報(bào)警、自動(dòng)停泵、自動(dòng)補(bǔ)水，中位自動(dòng)啟動(dòng)砂缸前的電動(dòng)閥、自動(dòng)開啟提升泵，位報(bào)警、自動(dòng)排水、自動(dòng)關(guān)閉砂缸前的電動(dòng)閥。在砂缸前同時(shí)安裝手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)閥，當(dāng)電動(dòng)閥打開時(shí)，根據(jù)流量計(jì)的流量來調(diào)節(jié)手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)的流量與砂缸設(shè)計(jì)的循環(huán)流量相等，這就是手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥所需的固定位置。當(dāng)然，在砂缸前的電動(dòng)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(jì)的循環(huán)流量。

反沖洗就可直接利用池水的重力來進(jìn)行，由于此時(shí)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(shí)的沙層壓緊狀態(tài)變成了沙層膨松狀態(tài)，阻力降低；又因?yàn)榉礇_洗是排污管直接從砂缸的多項(xiàng)閥排出，池水就無需經(jīng)過過濾時(shí)的后續(xù)管道，使實(shí)際的管道變短，壓力損失大大的降低，所以在反沖洗時(shí)總的壓降很小，反沖洗流量和強(qiáng)度都會(huì)得到較大的加強(qiáng)，能夠滿足反沖洗的要求。

這是一個(gè)實(shí)際的案例，工程造價(jià)、設(shè)備運(yùn)行、操作維護(hù)、節(jié)能節(jié)水和水質(zhì)達(dá)標(biāo)都具有現(xiàn)實(shí)的特殊性、可操作性和性。

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，層約為5米時(shí)，可以采用壓力過濾系統(tǒng)，水泵應(yīng)選擇低揚(yáng)程大流量水泵，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的管道和選用的砂缸，不會(huì)因?yàn)殚_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(jī)房的落差為10米時(shí)的靜壓為1bar，由于管道阻力增大，靜壓也增加為1bar，此時(shí)可采用石英砂過濾器的負(fù)壓過濾系統(tǒng)，在工作運(yùn)行時(shí)就可以抵消一部分壓力，已達(dá)到使用要求。在壓力過濾時(shí)，砂缸初始?jí)毫s為0.8—1bar，所以利用重力的靜壓1bar就可以進(jìn)行重力過濾。

  如果泳池到機(jī)房的落差為20米時(shí)，由于管道長度進(jìn)一步增加，沿程阻力和局部阻力也增大了很多，此時(shí)的靜壓也增加為2bar，開泵停泵、開關(guān)閥門時(shí)，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(shí)就可以采用石英砂過濾器的重力過濾系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行