供水系統全自動濾水器運行噪音及振動控制

通過分析供水系統全自動濾水器排污管道噪聲與振動產生的原因，從設計和施工兩方面出發，探討了給排水管道布置、給排水管材選用對管路振動與噪音的影響，分析了控制管路噪音與振動措施的有效性和可行性。目前已經采取了增加支墩、支架等方式減少管路振動，后續還需通過增加變徑管路以獲得所需的安全流速。

1全自動濾水器工程概況

向家壩水電站分左、右岸兩個廠房，左岸為壩后式廠房，右岸為地下式廠房。左、右岸廠房各布置4臺混流式水輪發電機組，額定功率800MW；水輪機額定水頭100m；電站技術供水系統均采用單機單元自流減壓供水方式，每臺機設置1個蝸殼取水口，分兩路經減壓過濾引至本機組和機組技術供水聯絡總管，互為備用；每路供水管上各設置1臺全自動濾水器。每兩臺機組設置一套壩前取水作為備用，經減壓過濾接入機組技術供水聯絡總管。左、右岸壩后電站機組技術供水設備分別布置在266.24m高程下游副廠房供水室內和243.00m高程下游側操作廊道內。

左、右岸電站空調冷卻系統均采用壩前取水自流減壓供水方式，經減壓過濾引至空調系統，采用兩級過濾。另從機組技術供水總管上取一路供水管路作為空調供水的備用水源，接入空調供水系統。左、右岸空調供水設備分別布置在266.24m高程下游副廠房供水室內和263.24m高程水輪機層下游側通道內。

右岸電站技術供水系統每路供水管上各設置1臺全自動濾水器，全自動濾水器進、出口管徑為DN500,設計額定過流量為2100m3/h。每臺全自動濾水器設置有上、下排污管，用于排岀全自動濾水器內的雜物。上、下排污管管徑均為DN150,設置有手動球閥和電動球閥，用于上下排污管的啟閉。上、下排污管在全自動濾水器底部合并為一根DN150排污總管，并接入地面預埋管路，具體布置圖見圖1。

圖1全自動濾水器管路布置

在右岸電站技術供水系統有水調試過程中，當全自動濾水器進行排污時，其上、下排污管路及閥門均出現劇烈振動，同時還伴隨類似放鞭炮的嚴重噪音；在7號、8號機組技術供水系統有水調試期間，甚至出現排污管路法蘭連接螺栓松動，進而導致密封墊片因水流沖擊而損毀，導致管路大量漏水。雖然部分原因為管路安裝問題，但是劇烈的振動卻將微小的松動迅速擴大，終導致了排污管路漏水。鑒于全自動濾水器排污管路的安裝特點，如果松動位置發生在全自動濾水器排污電動閥之前，巡檢人員發現不及時的話，將會導致廠房漏水量劇增，加重廠房滲漏排水系統負荷，嚴重時，若發生漏水問題的全自動濾水器臺數較多，甚至會導致水淹廊道或廠房。

2全自動濾水器排水管路產生大量噪音及振動的原因分析

向家壩電站技術供水系統全自動濾水器排污時產生的不利影響主要為振動和噪音。而振動和噪音產生的主要原因有：

流速設計不合理，同時還與供排水系統管道布置有關�？蓮墓苈返牟贾梅矫嬷�手分析，査找不合理設計，加以優化和改善。通過釆用有效的支撐加固措施改善管路某一方向受力約束不足，進而控制管道內流速，降低管道的振動幅度。

與管道內部存在空氣有關。振動的產生主要源于水力沖擊和空化現象中氣泡破損產生的壓力脈沖；而噪音的產生主要源于空化現象，空化氣泡破損產生高速沖擊，使其局部產生強烈湍流，形成空化噪音，這種噪音與流體中含有沙石發出的聲音相似。

根據類似水電站設備管理經驗，供水系統全自動濾水器在排污過程中，一般都會產生噪音，且噪音大小與供水壓力成正比，持續時間與閥門啟閉速度有關，噪音值隨閥門開度變化而變化，壓力越大噪音越大，閥門開度越小噪音越大，閥門啟閉時間短噪音持續時間也越短。

基于以上原因進行分析總結，向家壩水電站技術供水系統全自動濾水器排污時出現振動和噪音的誘因主要為空化現象和管道布置缺陷，具體分析如下：

全自動濾水器排污時，閥門前后壓差大是導致排污時產生噪音的根本原因。全自動濾水器前大靜壓力接近1.37MPa,由于排污管接入滲漏排水總管，相當于連通大氣，排污閥前后壓差大也約為1.37MPa,根據伯努利方程簡化估算，其流速約為44.7m/s,超出水力設計規范要求3m/s的經濟流速將近15倍，如此高的流速下，必將導致在管道內部產生高頻流體沖刷聲音，并在管道內表面過渡不平穩處產生氣蝕。

管路設計不合理加劇了管路的振動及噪音。如圖1所示，由于排污管道存在過多的彎頭，且相對全自動濾水器水平排污管段，水流方向改變將近135。，介質流向變化過快，造成在彎頭處產生大量水力沖擊，造成水力損失，流態完全紊亂，再加上缺乏有效的支撐，造成管路受力不均勻或在某一方向受力約束不足或缺少，進而導致管路的劇烈振動；同時整個管路及附件因振動產生低沉的轟轟聲。這種情況下產生的振動對排污管路來說是大威脅，前述供水系統調試期間發生的法蘭連接密封失效漏水，其根本原因就在與此。

排水方式不合理是產生劇烈噪音的根源。由于廠房總滲漏水量不大，滲漏排水總管內并沒有持續、穩定水源，可以視為空管，排污閥接至排水總管就相當于直接對空排放，造成在排污管出口處，高速紊亂水流與空氣發生劇烈對流，使管道內部壓力急劇變化，導致液體內溶解的氣體產生破裂，進而產生劇烈噪音。

3全自動濾水器處理措施探討

經前面的分析，針對右岸技術供水系統全自動濾水器排污管路走向布置問題，釆用了優化措施，以改善全自動濾水器排污工況，降低管路爆管風險。

3.1全自動濾水器優化管路支撐，提高管網強度

鑒于排污管路彎頭較多，當全自動濾水器排污管路發生漏水缺陷后，安裝項目部與我廠技術人員都十分重視，為降低振動，以免再次發生管路漏水缺陷，在排污管路彎頭處增設鎮墩進行加固，如圖2所zKo

圖2鎮墩示意

在管路轉彎處增加鎮墩的措施彌補了管路設計、安裝缺陷，增加了管路受力部位的約束，有效地加強了管路的穩定性。通過限制管路的振動，降低了管路法蘭連接螺栓松動幾率，保證了管路連接和密封的可靠性。

3.2全自動濾水器改變管路直徑，降低出口流速

由于電站設計原因，全自動濾水器正常工作壓力較高，其排污管路工作時前后壓差較高已無法避免，但根據之前對振動和噪音的成因分析結果可知，高壓差會造成排污管出口處水流流速過高，進而導致振動和異常噪音的產生，因此可從改善排污口水流流態出發，采取適當措施，在高壓差條件下，降低出口流速。根據管道內流速、管路過流面積和流量關系可知，在管路流量恒定情況下，流體流速與過流面積成反比；在過流面積一定的情況下，流體流速與流量成正比，因此要獲得比較低的流速，只需增大排污管路出口管徑，或者降低全自動濾水器排污流量，但由于采用埋管方式，排污管出口處管徑已無法改變，只能采取措施降低全自動濾水器排污流量。

若通過增設節流閥的方式，控制排污流量，則需要重新進行設備的選型、采購及安裝等過程，從時間、經濟成本上考慮并不是好的方案，且改造的目的主要是降低流量至一個合理值即可，無需對流量進行調節，因此便可以通過設計安裝一個簡易節流裝置即可實現預期要求。

根據伯努利方程和流量與流速關系：知虹+左字+虹+之2+九 (1)2gPg2gpg2=。3州3 (2)

式中，0為經過某斷面的速度；p為某流體斷面處的壓強；p為液體介質密度；Z為某斷面鉛垂高度；g為重力加速度；Q為流道內流體流量；A為流體斷面處截面積。

本案例中，水源為壩前庫水，故全自動濾水器排污出口處壓力p=0,在不計水力損失效的情況下，可算得在排污管出口管段水的流速如==44.7m/s。若為排污管口處水的流速，為了獲得比較小的*,根據式(2)可知，應該有A2/A3<1,因此應使出口參考斷面之前有較小的管徑，或使出口斷面為一個較大的管徑，增加一個較小的過流面積42。除此之外，還應提供一個較大的扃；前面為了方便計算出口流速用來參考而假定九=0,但若使出口處水流有較低的壓力和流速，意即降低水流在出口處具有的能量，則需增大知，即增大排污管路處能量損失。為實現以上條件，可以在排污管路上設置變徑，以滿足A2/A3<1的要求，單位保證有足夠的知，4物3應在合適范圍。

水電站機組技術供水系統全自動濾水器水源一般都取自江水，雖然就地取材的方式比較經濟，且穩定可靠，但是一旦管網系統關鍵設備或部位發生漏水，處理不及時將可能導致水淹廠房的危害。

對向家壩電站技術供水系統來說，全自動濾水器排污管路是江水排入廠房的正常設置，若一旦出現問題，將威脅到整個廠房的安全，因此，需要盡可能地保證管路安全穩定，提高管網系統結構強度；目前已經采取了增加支墩、支架等方式減少管路振動，避免各部位法蘭連接可能產生的松動；后續還需增加變徑管路，以獲得所需的安全流速，雖然較小的管路通徑將不可避免地影響排污效果，引起管路堵塞，但相比較管路爆管導致水淹廠房的風險來說，排污管堵塞就相對安全得多。在實際改造過程中可通過進一步試驗，確定一個合理管徑，解決兩方面的問題。