水錘試驗是指水錘裝置中的一種試驗。試驗時，將泵內充滿水，啟動供水泵，經被試止回閥向水塔供水，水塔中的水經溢水管流回水池，形成開式循環。當泵運行穩定後，突然斷開水泵電源，水泵停止向水塔供水，水流在很短的時間內由正向流過渡到逆向流，這時止回閥由於壓差的作用快速自動關閉，閥體前的水壓力瞬間迅速升高，從而產生水錘現象。
基本介紹
- 中文名：水錘試驗
- 外文名：Water hammer test
- 學科：水利工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 釋義：水錘裝置中的一種試驗
簡介,水錘試驗裝置,測試系統,高壓脈動水錘裝置,高壓脈動水錘裝置的套用前景,總結,
簡介
在壓力管道中運動的液體，由於閥門或水泵突然關閉，使得液體流速和動量發生急劇的變化，從而引起液體壓力的驟然變化，這種現象稱為水錘。水錘所產生的增壓波和減壓波交替進行，對管壁或閥門的作用如錘擊一樣，因此水錘發生的同時會產生很大的能量，如果把它在生產實際中控制和利用起來將具有重要意義。生產實際中也有利用水錘現象的實例，如水錘揚水機。
水錘試驗裝置
在試驗裝置的設計中，主要考慮能滿足水錘試驗的要求，且拆裝方便。本試驗裝置採用的供水泵為14Sh-28型雙吸離心清水泵，該泵的流量1260m3/ h ，揚程16.2m ，電機功率75 kw ，泵進、出管道直徑均為300mm。
新型多流道球形止回閥的結構主要由前閥體、後閥體、膠球、錐形體等組成。根據閥體直徑不同，其流道可設計為3-5個，當水反向流時，閥門自動關閉，防止水倒流。
試驗時，將泵內充滿水，啟動供水泵，經被試止回閥向水塔供水，水塔中的水經溢水管流回水池，形成開式循環。當泵運行穩定後，突然斷開水泵電源，水泵停止向水塔供水，水流在很短的時間內由正向流過渡到逆向流，這時止回閥由於壓差的作用快速自動關閉，閥體前的水壓力瞬間迅速升高，從而產生水錘現象。
測試系統
測量儀表主要有壓力感測器和畢託管。壓力感測器用於測量被試止回閥前的壓力，其測試精度為±0.25 % ，畢託管用於測量供水管內的流速，外接差壓感測器，其測試精度為±0.20 %。
高壓脈動水錘裝置
1.裝置結構介紹
高壓脈動水錘裝置包括高壓缸、與高壓缸順序連為一體的低壓缸和主彈簧座。高壓缸內徑較小，其頂部設有與注水管道相連的接頭；低壓缸內設有可上下整體移動的活塞組件，活塞組件由空心管柱塞、與空心管柱塞焊接為一體的活塞和固定在空心管柱塞底端的水流觸動閥構成。空心管柱塞上開有多個進水孔，靠高壓缸體的一端封閉，活塞上開有與空心管柱塞相連通的進水孔。水流觸動閥由固定在活塞上的閥芯外套、設在閥芯外套內的主閥芯和與其相配合的閥座螺母構成。主閥芯內設有觸發閥芯和與兩者相配合的復位彈簧，閥座螺母固定在閥芯外套上；觸發閥芯上設有多個出水孔；閥芯外套殼體上設有多個出水孔。低壓缸體的殼體上設有與低壓水相連的接頭；主彈簧座內設有可使活塞組件復位的主彈簧，其底部設有觸發頂桿和出水接頭，觸發頂桿上套有觸發彈簧。
2.裝置工作原理
在高壓脈動水錘裝置的低壓水接口接入低壓水，在壓力輸出接頭連線需要進行水力錘擊的試驗管路，4MPa壓力水推動活塞組件下移將主彈簧壓縮蓄能，當活塞組件下移到某個位置時開始壓縮觸發彈簧。觸發彈簧的彈力隨活塞組件下移量增加而不斷增大，當觸發彈簧彈力F1大於觸發閥芯內側作用力F2 (包括水壓合力和復位彈簧彈力) 時，使觸發閥芯與閥座螺母構成的觸發閥門稍微開啟，則觸發閥芯內的水不斷流出，作用在觸發閥芯上的水壓合力下降，觸發閥門進一步打開，使觸發閥芯內壓力急劇降低。主閥芯在低壓腔內4MPa水壓作用下迅速向下移動使主閥芯與空心管柱塞構成的主閥門完全打開，低壓腔的水從空心柱塞的多個出水孔中流出，同時腔內壓力迅速降低。活塞組件在被壓縮的主彈簧推動下以極高加速度快速上移，利用空心柱塞的端面錘擊高壓腔中的水，使其壓力瞬間劇增形成峰壓。試驗表明改變進入低壓缸體的水壓和調節觸發頂桿的高度可以改變水錘強度，該裝置最大峰值壓力可達到15MPa左右，調節從低壓水接口進入低壓腔的壓力水的流量，可以改變水錘發生的周期。壓力水經主閥芯外套處小孔流至出水接頭流入水池，激發水錘產生的脈動高壓水以波的形式沿管道排入水箱，由水泵循環使用。
3.裝置峰值壓力試驗及分析
高壓脈動水錘裝置試驗系統由供水泵、水池、試驗管道(總長45m) 、供水管道、輸水管道、防震壓力表、相應控制閥門和數據採集系統構成。
峰值壓力測試系統原理：高壓缸上裝有壓力表粗略觀察高壓腔內壓力變化規律，高壓缸頂端裝有壓力感測器用於測定峰值壓力，數據採集系統由計算機和採集箱組成，採集系統輸入0～5V直流電信號與壓力感測器的輸出型式相匹配。
壓力感測器採用NS-I7陶瓷壓阻式感測器，量程為0～20MPa，精度為0.5% F·S。為保證壓力採樣的準確性，採集箱採樣頻率取為300Hz。在裝置壓力輸出接頭處安裝壓力感測器。試驗開始後，啟動供水泵並調節供水壓力使接入低壓水接口的水壓力達到4MPa，水錘裝置開始工作。待產生水錘的工況穩定後，打開壓力感測器下的球閥，使高壓腔與壓力感測器相通。
利用數據採集系統開始採集壓力感測器處壓力變化數據，待激發3次水錘後停止採集。採集數據經處理由電壓數據轉換成壓力數據，根據Excel XY散點圖處理得出此處水錘壓力的變化規律，可以看出，激發一次水錘的時間大約為3.77s。
高壓脈動水錘裝置的套用前景
在煤礦中有效地預防瓦斯和煤塵災害的發生一直是保證煤礦安全生產重中之重，而煤層注水就是一種有效的預防方法。煤體中存在孔隙和裂痕，通過對煤體注水可以預濕煤體使其力學性質發生變化，塑性增強，硬度和強度降低，使煤體疏鬆從而減少了煤體內部的應力集中，降低了瓦斯的湧出量達到了降塵預防瓦斯的效果。現有的注水方法一般採用井下靜壓注水或高壓水泵加壓注水。
靜壓水的壓力有限，不適用於透氣性較差的煤層，採用高壓水泵加壓注水雖然拓寬了常壓注水的適用範圍，但水泵提供的壓力有限，對於透氣性很差的煤層，也難以達到理想效果。同時注水泵的壓力越高，設備的運行、維護和管理要求也越高。
通過比較現有煤層注水的方法和技術，高壓脈動水錘裝置採用脈動注水的方法，利用水力捶擊作用產生的瞬時高壓水力脈動波攜帶能量在煤層中振動和衝擊，將煤層振裂，使壓力水通過這些裂隙順利滲入煤體中，實現快速、均勻的濕潤煤體。瞬時高壓的脈動性對於透氣性很差的難注煤層將會更加有效。此外，高壓脈動水錘裝置在電廠，石油化工等行業的有壓管路、設備的防垢、除垢和清洗方面的套用也是有待研究的。
總結
高壓脈動水錘發生裝置是一種新型的脈動水錘發生器，試驗測定的脈動峰值壓力可達到15MPa左右，不僅達到了煤礦煤層高壓注水的壓力，而且具有脈動的特性，理論上可解決難注煤層的注水問題。通過實踐和不斷的改進，高壓脈動水錘裝置在煤層注水以及有壓管道除垢、防垢方面將會有廣闊的套用前景。
