供水系统全自动滤水器运行噪音及振动控制

通过分析供水系统全自动滤水器排污管道噪声与振动产生的原因，从设计和施工两方面出发，探讨了给排水管道布置、给排水管材选用对管路振动与噪音的影响，分析了控制管路噪音与振动措施的有效性和可行性。目前已经采取了增加支墩、支架等方式减少管路振动，后续还需通过增加变径管路以获得所需的安全流速。

1全自动滤水器工程概况

向家坝水电站分左、右岸两个厂房，左岸为坝后式厂房，右岸为地下式厂房。左、右岸厂房各布置4台混流式水轮发电机组，额定功率800MW；水轮机额定水头100m；电站技术供水系统均采用单机单元自流减压供水方式，每台机设置1个蜗壳取水口，分两路经减压过滤引至本机组和机组技术供水联络总管，互为备用；每路供水管上各设置1台全自动滤水器。每两台机组设置一套坝前取水作为备用，经减压过滤接入机组技术供水联络总管。左、右岸坝后电站机组技术供水设备分别布置在266.24m高程下游副厂房供水室内和243.00m高程下游侧操作廊道内。

左、右岸电站空调冷却系统均采用坝前取水自流减压供水方式，经减压过滤引至空调系统，采用两级过滤。另从机组技术供水总管上取一路供水管路作为空调供水的备用水源，接入空调供水系统。左、右岸空调供水设备分别布置在266.24m高程下游副厂房供水室内和263.24m高程水轮机层下游侧通道内。

右岸电站技术供水系统每路供水管上各设置1台全自动滤水器，全自动滤水器进、出口管径为DN500,设计额定过流量为2100m3/h。每台全自动滤水器设置有上、下排污管，用于排岀全自动滤水器内的杂物。上、下排污管管径均为DN150,设置有手动球阀和电动球阀，用于上下排污管的启闭。上、下排污管在全自动滤水器底部合并为一根DN150排污总管，并接入地面预埋管路，具体布置图见图1。

图1全自动滤水器管路布置

在右岸电站技术供水系统有水调试过程中，当全自动滤水器进行排污时，其上、下排污管路及阀门均出现剧烈振动，同时还伴随类似放鞭炮的严重噪音；在7号、8号机组技术供水系统有水调试期间，甚至出现排污管路法兰连接螺栓松动，进而导致密封垫片因水流冲击而损毁，导致管路大量漏水。虽然部分原因为管路安装问题，但是剧烈的振动却将微小的松动迅速扩大，终导致了排污管路漏水。鉴于全自动滤水器排污管路的安装特点，如果松动位置发生在全自动滤水器排污电动阀之前，巡检人员发现不及时的话，将会导致厂房漏水量剧增，加重厂房渗漏排水系统负荷，严重时，若发生漏水问题的全自动滤水器台数较多，甚至会导致水淹廊道或厂房。

2全自动滤水器排水管路产生大量噪音及振动的原因分析

向家坝电站技术供水系统全自动滤水器排污时产生的不利影响主要为振动和噪音。而振动和噪音产生的主要原因有：

流速设计不合理，同时还与供排水系统管道布置有关。可从管路的布置方面着手分析，査找不合理设计，加以优化和改善。通过釆用有效的支撑加固措施改善管路某一方向受力约束不足，进而控制管道内流速，降低管道的振动幅度。

与管道内部存在空气有关。振动的产生主要源于水力冲击和空化现象中气泡破损产生的压力脉冲；而噪音的产生主要源于空化现象，空化气泡破损产生高速冲击，使其局部产生强烈湍流，形成空化噪音，这种噪音与流体中含有沙石发出的声音相似。

根据类似水电站设备管理经验，供水系统全自动滤水器在排污过程中，一般都会产生噪音，且噪音大小与供水压力成正比，持续时间与阀门启闭速度有关，噪音值随阀门开度变化而变化，压力越大噪音越大，阀门开度越小噪音越大，阀门启闭时间短噪音持续时间也越短。

基于以上原因进行分析总结，向家坝水电站技术供水系统全自动滤水器排污时出现振动和噪音的诱因主要为空化现象和管道布置缺陷，具体分析如下：

全自动滤水器排污时，阀门前后压差大是导致排污时产生噪音的根本原因。全自动滤水器前大静压力接近1.37MPa,由于排污管接入渗漏排水总管，相当于连通大气，排污阀前后压差大也约为1.37MPa,根据伯努利方程简化估算，其流速约为44.7m/s,超出水力设计规范要求3m/s的经济流速将近15倍，如此高的流速下，必将导致在管道内部产生高频流体冲刷声音，并在管道内表面过渡不平稳处产生气蚀。

管路设计不合理加剧了管路的振动及噪音。如图1所示，由于排污管道存在过多的弯头，且相对全自动滤水器水平排污管段，水流方向改变将近135。，介质流向变化过快，造成在弯头处产生大量水力冲击，造成水力损失，流态完全紊乱，再加上缺乏有效的支撑，造成管路受力不均匀或在某一方向受力约束不足或缺少，进而导致管路的剧烈振动；同时整个管路及附件因振动产生低沉的轰轰声。这种情况下产生的振动对排污管路来说是大威胁，前述供水系统调试期间发生的法兰连接密封失效漏水，其根本原因就在与此。

排水方式不合理是产生剧烈噪音的根源。由于厂房总渗漏水量不大，渗漏排水总管内并没有持续、稳定水源，可以视为空管，排污阀接至排水总管就相当于直接对空排放，造成在排污管出口处，高速紊乱水流与空气发生剧烈对流，使管道内部压力急剧变化，导致液体内溶解的气体产生破裂，进而产生剧烈噪音。

3全自动滤水器处理措施探讨

经前面的分析，针对右岸技术供水系统全自动滤水器排污管路走向布置问题，釆用了优化措施，以改善全自动滤水器排污工况，降低管路爆管风险。

3.1全自动滤水器优化管路支撑，提高管网强度

鉴于排污管路弯头较多，当全自动滤水器排污管路发生漏水缺陷后，安装项目部与我厂技术人员都十分重视，为降低振动，以免再次发生管路漏水缺陷，在排污管路弯头处增设镇墩进行加固，如图2所zKo

图2镇墩示意

在管路转弯处增加镇墩的措施弥补了管路设计、安装缺陷，增加了管路受力部位的约束，有效地加强了管路的稳定性。通过限制管路的振动，降低了管路法兰连接螺栓松动几率，保证了管路连接和密封的可靠性。

3.2全自动滤水器改变管路直径，降低出口流速

由于电站设计原因，全自动滤水器正常工作压力较高，其排污管路工作时前后压差较高已无法避免，但根据之前对振动和噪音的成因分析结果可知，高压差会造成排污管出口处水流流速过高，进而导致振动和异常噪音的产生，因此可从改善排污口水流流态出发，采取适当措施，在高压差条件下，降低出口流速。根据管道内流速、管路过流面积和流量关系可知，在管路流量恒定情况下，流体流速与过流面积成反比；在过流面积一定的情况下，流体流速与流量成正比，因此要获得比较低的流速，只需增大排污管路出口管径，或者降低全自动滤水器排污流量，但由于采用埋管方式，排污管出口处管径已无法改变，只能采取措施降低全自动滤水器排污流量。

若通过增设节流阀的方式，控制排污流量，则需要重新进行设备的选型、采购及安装等过程，从时间、经济成本上考虑并不是好的方案，且改造的目的主要是降低流量至一个合理值即可，无需对流量进行调节，因此便可以通过设计安装一个简易节流装置即可实现预期要求。

根据伯努利方程和流量与流速关系：知虹+左字+虹+之2+九 (1)2gPg2gpg2=。3州3 (2)

式中，0为经过某断面的速度；p为某流体断面处的压强；p为液体介质密度；Z为某断面铅垂高度；g为重力加速度；Q为流道内流体流量；A为流体断面处截面积。

本案例中，水源为坝前库水，故全自动滤水器排污出口处压力p=0,在不计水力损失效的情况下，可算得在排污管出口管段水的流速如==44.7m/s。若为排污管口处水的流速，为了获得比较小的*,根据式(2)可知，应该有A2/A3<1,因此应使出口参考断面之前有较小的管径，或使出口断面为一个较大的管径，增加一个较小的过流面积42。除此之外，还应提供一个较大的扃；前面为了方便计算出口流速用来参考而假定九=0,但若使出口处水流有较低的压力和流速，意即降低水流在出口处具有的能量，则需增大知，即增大排污管路处能量损失。为实现以上条件，可以在排污管路上设置变径，以满足A2/A3<1的要求，单位保证有足够的知，4物3应在合适范围。

水电站机组技术供水系统全自动滤水器水源一般都取自江水，虽然就地取材的方式比较经济，且稳定可靠，但是一旦管网系统关键设备或部位发生漏水，处理不及时将可能导致水淹厂房的危害。

对向家坝电站技术供水系统来说，全自动滤水器排污管路是江水排入厂房的正常设置，若一旦出现问题，将威胁到整个厂房的安全，因此，需要尽可能地保证管路安全稳定，提高管网系统结构强度；目前已经采取了增加支墩、支架等方式减少管路振动，避免各部位法兰连接可能产生的松动；后续还需增加变径管路，以获得所需的安全流速，虽然较小的管路通径将不可避免地影响排污效果，引起管路堵塞，但相比较管路爆管导致水淹厂房的风险来说，排污管堵塞就相对安全得多。在实际改造过程中可通过进一步试验，确定一个合理管径，解决两方面的问题。