1/Concetto

Il colpo d'ariete è anche chiamato colpo d'ariete. Durante il trasporto di acqua (o altri liquidi), a causa dell'improvvisa apertura o chiusura diValvola a farfalla API, valvole a saracinesca, valvole di ritegno evalvole a sferaArresti improvvisi delle pompe idrauliche, aperture e chiusure improvvise delle palette di guida, ecc., la portata cambia improvvisamente e la pressione fluttua significativamente. L'effetto colpo d'ariete è un termine molto chiaro. Si riferisce a un forte colpo d'ariete causato dall'impatto del flusso d'acqua sulla tubazione quando la pompa dell'acqua viene avviata e arrestata. Poiché all'interno della tubazione dell'acqua, la parete interna è liscia e l'acqua scorre liberamente. Quando una valvola aperta viene chiusa improvvisamente o la pompa di alimentazione dell'acqua viene arrestata, il flusso d'acqua genera una pressione sulla valvola e sulla parete della tubazione, principalmente sulla valvola o sulla pompa. Poiché la parete della tubazione è liscia, sotto l'azione dell'inerzia del flusso d'acqua successivo, la forza idraulica raggiunge rapidamente il massimo e produce effetti distruttivi. Questo è il cosiddetto "effetto colpo d'ariete" in idraulica, ovvero il colpo d'ariete positivo. Al contrario, quando una valvola chiusa viene aperta improvvisamente o la pompa dell'acqua viene avviata, si verifica anche un colpo d'ariete, chiamato colpo d'ariete negativo, ma di entità inferiore al primo. L'impatto della pressione provoca una sollecitazione sulla parete del tubo e produce rumore, proprio come un martello che colpisce il tubo, per questo viene chiamato effetto colpo d'ariete.

2/Pericoli

La pressione istantanea generata dal colpo d'ariete può raggiungere decine o addirittura centinaia di volte la normale pressione di esercizio nella condotta. Tali ampie fluttuazioni di pressione possono causare forti vibrazioni o rumori nel sistema di tubazioni e danneggiare i giunti delle valvole. Hanno un effetto molto dannoso sul sistema di tubazioni. Per prevenire il colpo d'ariete, il sistema di tubazioni deve essere progettato correttamente per evitare portate eccessive. Generalmente, la portata progettata della tubazione dovrebbe essere inferiore a 3 m/s e la velocità di apertura e chiusura delle valvole deve essere controllata.
Poiché la pompa viene avviata, arrestata e le valvole vengono aperte e chiuse troppo rapidamente, la velocità dell'acqua cambia drasticamente, in particolare il colpo d'ariete causato dall'arresto improvviso della pompa, che può danneggiare le tubazioni, le pompe idrauliche e le valvole, e causare l'inversione del moto della pompa e la riduzione della pressione nella rete di tubazioni. L'effetto colpo d'ariete è estremamente distruttivo: se la pressione è troppo alta, causerà la rottura della tubazione. Al contrario, se la pressione è troppo bassa, causerà il collasso della tubazione e il danneggiamento di valvole e fissaggi. In brevissimo tempo, la portata d'acqua aumenta da zero alla portata nominale. Poiché i fluidi hanno energia cinetica e un certo grado di comprimibilità, enormi variazioni di portata in un periodo di tempo molto breve causeranno impatti di alta e bassa pressione sulla tubazione.

3/generare

Le cause del colpo d'ariete sono molteplici. I fattori più comuni sono:

1. La valvola si apre o si chiude improvvisamente;

2. La pompa dell'acqua si arresta o si avvia improvvisamente;

3. Un singolo tubo trasporta l'acqua in un luogo elevato (il dislivello del terreno di approvvigionamento idrico supera i 20 metri);

4. La portata totale (o pressione di lavoro) della pompa dell'acqua è elevata;

5. La velocità del flusso dell'acqua nella conduttura idrica è troppo elevata;

6. La conduttura dell'acqua è troppo lunga e il terreno cambia notevolmente.
7. La costruzione irregolare è un pericolo nascosto nei progetti di condotte di approvvigionamento idrico
(1) Ad esempio, la produzione di pilastri di spinta in cemento per raccordi a T, gomiti, riduttori e altri giunti non soddisfa i requisiti.
Secondo il "Regolamento Tecnico per la Progettazione di Condotte Idriche Interrate in Polivinilcloruro Rigido", i pilastri di spinta in cemento devono essere installati in corrispondenza di giunti come raccordi a T, gomiti, riduttori e altre tubazioni con un diametro ≥110 mm per impedire lo spostamento della condotta. "Pilastri di spinta in calcestruzzo" Non devono essere di grado inferiore a C15 e devono essere gettati in opera sul terreno di fondazione originale scavato e sulla pendenza della trincea. Alcune parti costruttrici non prestano sufficiente attenzione al ruolo dei pilastri di spinta. Inchiodano un paletto di legno o incastrano un puntale di ferro accanto alla condotta per fungere da pilastro di spinta. A volte il volume del pilastro di cemento è troppo piccolo o non viene colato sul terreno originale. D'altra parte, alcuni pilastri di spinta non sono sufficientemente resistenti. Di conseguenza, durante il funzionamento della condotta, i pilastri di spinta non possono funzionare e diventano inutilizzabili, causando il disallineamento e il danneggiamento di raccordi come raccordi a T e gomiti.
(2) La valvola di scarico automatica non è installata o la posizione di installazione non è ragionevole.
Secondo il principio dell'idraulica, le valvole di scarico automatiche devono essere progettate e installate nei punti più alti delle condotte in zone montuose o collinari con forti ondulazioni. Anche nelle zone pianeggianti con piccole ondulazioni, le condotte devono essere progettate artificialmente durante lo scavo delle trincee. Sono presenti salite e discese, con salite e discese cicliche, con pendenza non inferiore a 1/500 e 1-2 valvole di scarico sono progettate nel punto più alto di ogni chilometro.
Poiché durante il trasporto dell'acqua nella condotta, il gas presente nella condotta fuoriesce e si accumula nelle parti sollevate della condotta, formando persino ostruzioni dovute all'aria. Quando la portata d'acqua nella condotta oscilla, le sacche d'aria formate nelle parti sollevate continueranno a essere compresse ed espanse, e il gas verrà compresso. La pressione generata dopo la compressione è decine o addirittura centinaia di volte maggiore della pressione generata dopo la compressione dell'acqua (resoconto pubblico: Pump Butler). In questo momento, questa sezione di condotta con pericoli nascosti può portare alle seguenti situazioni:
• Dopo che l'acqua è passata a monte del tubo, l'acqua gocciolante scompare a valle. Questo perché la sacca d'aria nel tubo blocca il flusso dell'acqua, causando la separazione della colonna d'acqua.
• Il gas compresso nella conduttura viene compresso fino al limite massimo e si espande rapidamente, causando la rottura della conduttura.
• Quando l'acqua proveniente da una sorgente d'acqua alta viene trasportata a valle a una certa velocità per gravità, dopo che la valvola a monte viene chiusa rapidamente, a causa dell'inerzia del dislivello e della portata, la colonna d'acqua nella tubazione a monte non si ferma immediatamente. Continua a muoversi a una certa velocità. La velocità scorre a valle. In questo momento, si forma un vuoto nella tubazione perché l'aria non può essere ripristinata in tempo, causando lo sgonfiamento della tubazione a causa della pressione negativa e il suo danneggiamento.
(3) La trincea e il terreno di riempimento non sono conformi alle normative.
Trincee non qualificate sono spesso presenti nelle zone montuose, principalmente a causa della presenza di numerose pietre in alcune zone. Le trincee vengono scavate manualmente o con esplosivi. Il fondo della trincea è notevolmente irregolare e presenta pietre appuntite sporgenti. In questo caso, secondo le normative vigenti, le pietre sul fondo della trincea devono essere rimosse e devono essere spianati più di 15 centimetri di sabbia prima di poter posare la condotta. Tuttavia, gli operai edili sono stati irresponsabili o hanno preso scorciatoie e hanno posato direttamente la sabbia senza spianarla o spianandola simbolicamente. La condotta viene posata sulle pietre. Una volta completato il riempimento e messa in funzione l'acqua, a causa del peso della condotta stessa, della pressione verticale del terreno, del carico del veicolo sulla condotta e della sovrapposizione della gravità, la condotta è sostenuta da una o più pietre appuntite sporgenti sul fondo della condotta. , eccessiva concentrazione di sollecitazioni, è molto probabile che la condotta venga danneggiata in questo punto e si rompa lungo una linea retta. Questo è ciò che spesso le persone chiamano "effetto punteggio".

4/Misure

Esistono numerose misure di protezione contro il colpo d'ariete, ma è necessario adottare misure diverse a seconda delle possibili cause del colpo d'ariete.
1. Ridurre la portata delle condotte idriche può ridurre in una certa misura la pressione del colpo d'ariete, ma ne aumenterà il diametro e gli investimenti nel progetto. Nella progettazione delle condotte idriche, è necessario evitare dossi o bruschi cambi di pendenza per ridurre la lunghezza della condotta. Più lunga è la condotta, maggiore sarà il valore del colpo d'ariete a pompa ferma. Da una stazione di pompaggio a due stazioni di pompaggio, viene utilizzato un pozzo di aspirazione per collegare le due stazioni di pompaggio.
Colpo d'ariete quando la pompa è ferma

Il cosiddetto colpo d'ariete con arresto della pompa si riferisce al fenomeno di shock idraulico causato da improvvise variazioni di velocità del flusso nella pompa dell'acqua e nelle tubazioni in pressione quando la valvola viene aperta e arrestata a causa di un'improvvisa interruzione di corrente o di altre cause. Ad esempio, un guasto dell'impianto elettrico o di un'apparecchiatura elettrica, un guasto occasionale dell'unità di pompaggio dell'acqua, ecc. possono causare l'apertura della valvola e l'arresto della pompa centrifuga, con conseguente colpo d'ariete all'arresto della pompa. L'entità del colpo d'ariete a pompa ferma è principalmente correlata alla prevalenza geometrica della sala pompe. Maggiore è la prevalenza geometrica, maggiore è il valore del colpo d'ariete a pompa ferma. Pertanto, è necessario selezionare una prevalenza della pompa ragionevole in base alle effettive condizioni locali.

La pressione massima del colpo d'ariete quando una pompa è ferma può raggiungere il 200% della normale pressione di esercizio, o anche di più, il che può distruggere tubazioni e apparecchiature. Incidenti generici causano "perdite d'acqua" e interruzioni dell'acqua; incidenti gravi causano l'allagamento della sala pompe, danni alle apparecchiature e alle strutture, danni o persino lesioni personali o morte.

Dopo aver arrestato la pompa a causa di un incidente, attendere che il tubo dietro la valvola di ritegno sia pieno d'acqua prima di riavviare la pompa. Non aprire completamente la valvola di scarico della pompa dell'acqua all'avvio della pompa, altrimenti si verificherà un forte impatto d'acqua. In tali circostanze, in molte stazioni di pompaggio si verificano spesso gravi incidenti con colpi d'ariete.

2. Installare un dispositivo per l'eliminazione del colpo d'ariete
(1) Utilizzo della tecnologia di controllo della tensione costante
Un sistema di controllo automatico PLC viene utilizzato per controllare la pompa a velocità di frequenza variabile e per controllare automaticamente il funzionamento dell'intero sistema di pompaggio dell'acqua. Poiché la pressione della rete di distribuzione idrica continua a variare al variare delle condizioni di lavoro, durante il funzionamento del sistema si verificano spesso basse o sovrapressioni, che possono facilmente causare colpi d'ariete, con conseguenti danni alle tubazioni e alle apparecchiature. Un sistema di controllo automatico PLC viene utilizzato per controllare la rete di distribuzione. Rilevamento della pressione, controllo a feedback dell'avvio e dell'arresto della pompa dell'acqua e regolazione della velocità, controllo della portata e mantenimento della pressione a un determinato livello. La pressione di alimentazione dell'acqua della pompa può essere impostata tramite il microcomputer per mantenere costante la pressione di alimentazione idrica ed evitare eccessive fluttuazioni di pressione. La probabilità di colpi d'ariete è ridotta.
(2) Installare un eliminatore del colpo d'ariete
Questo dispositivo previene principalmente il colpo d'ariete quando la pompa è ferma. Viene generalmente installato vicino al tubo di uscita della pompa dell'acqua. Utilizza la pressione del tubo stesso come energia per realizzare un'azione automatica a bassa pressione. Ciò significa che quando la pressione nel tubo è inferiore al valore di protezione impostato, la porta di scarico si apre automaticamente per scaricare l'acqua. La valvola di sicurezza viene utilizzata per bilanciare la pressione delle tubazioni locali e prevenire l'impatto del colpo d'ariete su apparecchiature e tubazioni. Gli eliminatori possono generalmente essere suddivisi in due tipologie: meccanici e idraulici. Gli eliminatori meccanici vengono ripristinati manualmente dopo l'intervento, mentre gli eliminatori idraulici possono essere ripristinati automaticamente.
(3) Installare una valvola di ritegno a chiusura lenta sul tubo di uscita della pompa dell'acqua di grande diametro

Può eliminare efficacemente il colpo d'ariete quando la pompa è ferma, ma poiché una certa quantità d'acqua rifluirà quando laAPI 609Una volta attivata la valvola, il pozzo di aspirazione dell'acqua deve essere dotato di un tubo di troppo pieno. Esistono due tipi di valvole di ritegno a chiusura lenta: a martello e ad accumulo di energia. Questo tipo di valvola può regolare il tempo di chiusura entro un certo intervallo, a seconda delle necessità (benvenuti a seguire: Pump Butler). Generalmente, la valvola si chiude dal 70% all'80% entro 3-7 secondi dopo un'interruzione di corrente. Il restante 20-30% del tempo di chiusura viene regolato in base alle condizioni della pompa dell'acqua e della tubazione, generalmente nell'intervallo da 10 a 30 secondi. È importante notare che in caso di gobba nella tubazione e conseguente colpo d'ariete, il ruolo della valvola di ritegno a chiusura lenta è molto limitato.
(4) Installare una torre di regolazione della pressione unidirezionale
Viene costruita vicino alla stazione di pompaggio o in un punto appropriato sulla condotta, e l'altezza della torre di regolazione della pressione unidirezionale è inferiore alla pressione della condotta in quel punto. Quando la pressione nella condotta è inferiore al livello dell'acqua nella torre, la torre di regolazione della pressione reintegra l'acqua nella condotta per impedire la rottura della colonna d'acqua e superare il colpo d'ariete. Tuttavia, il suo effetto di riduzione della pressione sul colpo d'ariete diverso dal colpo d'ariete di arresto della pompa, come il colpo d'ariete di chiusura della valvola, è limitato. Inoltre, le prestazioni della valvola unidirezionale utilizzata nella torre di regolazione della pressione unidirezionale devono essere assolutamente affidabili. Un guasto della valvola può causare un colpo d'ariete di notevole entità.
(5) Installare un tubo di bypass (valvola) nella stazione di pompaggio
Quando il sistema di pompaggio funziona normalmente, la valvola di ritegno è chiusa perché la pressione dell'acqua sul lato di mandata della pompa è superiore alla pressione dell'acqua sul lato di aspirazione. Quando un'interruzione di corrente accidentale arresta improvvisamente la pompa, la pressione all'uscita della stazione di pompaggio dell'acqua diminuisce bruscamente, mentre la pressione sul lato di aspirazione aumenta bruscamente. Sotto questa pressione differenziale, l'acqua ad alta pressione transitoria nella tubazione principale di aspirazione dell'acqua spinge in avanti la piastra della valvola di ritegno e fluisce verso l'acqua a bassa pressione transitoria nella tubazione principale dell'acqua in pressione, causando un aumento della bassa pressione dell'acqua; d'altra parte, anche l'aumento della pressione del colpo d'ariete sul lato di aspirazione della pompa dell'acqua viene ridotto. In questo modo, l'aumento del colpo d'ariete e la caduta di pressione su entrambi i lati della stazione di pompaggio dell'acqua vengono controllati, riducendo e prevenendo efficacemente i rischi di colpo d'ariete.
(6) Installare una valvola di ritegno multistadio
In una lunga conduttura idrica, aggiungere uno o piùvalvole di ritegno, dividere la condotta idrica in più sezioni e installare una valvola di ritegno su ciascuna sezione. Quando l'acqua nella condotta idrica rifluisce durante il colpo d'ariete, ogni valvola di ritegno viene chiusa una dopo l'altra per dividere il flusso di controlavaggio in più sezioni. Poiché il carico idrostatico in ogni sezione della condotta idrica (o sezione di flusso di controlavaggio) è piuttosto ridotto, la portata d'acqua viene ridotta. Aumento del colpo d'ariete. Questa misura di protezione può essere utilizzata efficacemente in situazioni in cui la differenza geometrica di altezza dell'alimentazione idrica è elevata; ma non può eliminare la possibilità di separazione della colonna d'acqua. Il suo principale svantaggio è: aumento del consumo energetico della pompa dell'acqua durante il normale funzionamento e aumento dei costi di approvvigionamento idrico.