By: Kevin Ramsden, FAI Chief Engineer, Fauske & Associates, LLC
以前的技术公告已经讨论了计算方法，以解决特定类型的水锤（WaterHammer）事件分析。在此公告中，我们将讨论各种类型的水锤事件及其对植物系统的影响。目的是为读者提供一些指导，以了解在水锤事件后可能正在寻找什么以及可能有哪些潜在影响。
水锤事件有多个课程。最常见的水锤类型涉及柱闭合。这发生在一个系统中有可能在泵跳闸后排泄的系统，在高点上形成真空。当泵重新启动时，系统将重新填充，并在高点重新填充时会产生水冲击。这种类型的事件在冷却水系统中很常见，在冷却水系统中，水供应处于低海拔，冷却系统以33英尺或更高的高度为组件。
A Typical Example of Water
Hammer Damageto a Heat
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This type of event can be characterized by the Joukowsky equation, which relates the pressure rise due to water hammer to the product of the density, the velocity of the fluid at impact, and the acoustic velocity of the fluid, all divided by a factor of two to account for a water-water impact. These types of events typically experience runout of the pump, causing the closure velocity to be 10-30% higher than nominal operating velocity.
这种情况的另一种变化发生在沸水反应堆（BWR）紧急核心冷却系统（ECC）中。由于这些系统通常会从抑制池中吸收供应，因此它们通常采用由泵组成的“保持填充”系统，该泵对系统保持正压力，以防止任何排水管。如果该系统失败，则可能会导致上海拔的排水口，如果发生ECCS注入信号，则当ECCS泵启动并迅速补充无效管道时，将导致水锤。
在填充水系统中发生的另一种水锤是由于流动系统上阀的快速闭合而导致流动迅速停滞的原因。如果闭合时间小于声路径长度（定义为管道长度除以声速）的10倍，则将导致传播波（水锤）。此类事件的一个例子是操作员在流动系统上快速闭合球阀。如果关闭以缓慢而故意的方式，则几乎没有或没有传播效果，因为该流程将逐渐被限制。如果他要快速捕捉阀门，则可能会产生大量的水锤，因为该流量将立即停滞不前。Joukowsky方程也适用于这种情况，但是分母中的两个因子被Unity取代，因为由于水的影响没有缓冲。因此，对于相同的闭合速度，这种类型的水锤将作为柱闭合事件的压力升高的两倍。在这种类型的事件中有趣的是，快速闭合实际上会导致两个水锤，一个靠在阀的上游脸部，向后传播，阀门在阀的下游面上蒸气，向前传播。在大型服务水或循环水系统中，这种类型的事件可能非常严重。电动机操作员（轴剪切或齿轮带）的故障可以使蝴蝶因流动而迅速闭合，并造成灾难性的结果。
最严重类型的水锤产生蒸汽condensation events. These types of events require a situation where a cold water slug interfaces with a steam pocket, causing rapid condensation of the steam and acceleration of the fluid into the collapsing void. These events require at least a 20˚C temperature difference between the steam temperature and the liquid interface. Examples of these types of events include a relief valve discharging to a pool of cold water. When the relief valve closes, cold water can rapidly enter the discharge line and condense the steam in the line. This type of application typically requires vacuum breakers to preclude condensation water hammer events. Another example is the refill of a steam filled line with cold water. If a long horizontal run (L/D>24) is filled with cool water, there is a potential to trap and condense a steam pocket at the top of the run, causing a rapid condensation event and resultant water hammer. It is of interest to note that these types of events can be “powered” by the condensation process, and may not require an active pressure source to drive the event. Given this, it is entirely possible to experience significant condensation water hammer in passive systems (e.g. BWR isolation condenser), as well as in active systems. Steam condensation events can be an order of magnitude greater than the previously described events, and need to be taken very seriously.
最后一类的水锤事件涉及在旨在名义上固体的系统中出现的不可凝聚的气体。这种情况通常是由于维护情况下排气不足而发生的。它也可能是由于溶解气体离开溶液并在高点积聚的结果。当用氮气加压到约600 psig的累加器泄漏的蓄能器泄漏时，这种情况在加压水反应堆（PWR）剩余热量（RHR）系统中尤为关注。ECCS泵的启动在排放线高点中积累了不可固定气体的启动可能导致由于气体的可压缩性而导致动态事件。这些事件通常比以前的任何示例都不那么严重，但仍可能导致释放阀的挑战，并在管道系统上引起动态载荷。
现在我们已经描述了各种可能的水锤事件，可以合理地考虑它们对系统的影响。水锤事件导致以声速传播穿过受影响的管道系统的压力波。这种传播产生的波载荷在压力波传播管道时轴向作用于每个管道段。根据大小的不同，这将导致管道系统的加速对其支撑。大多数水锤事件将在损坏管道本身之前导致管道支撑失败。支撑故障可以通过嵌入板的变形或从锚点中拉出来表现出来。随后将通过在肘部或其他塑性变形下扁平管道来观察到管道系统的损坏。靠近水锤事件的人员通常会发现经验值得关注和令人难忘。
尽管轴向力和管道反应是水锤的主要结果，但它们并不是唯一令人关注的问题。瞬态压力波可以挑战管道系统中的许多组件。这些包括浮雕或安全阀，热交换器，法兰垫圈和仪器。效果取决于压力波的大小和持续时间以及组件的物理几何形状和敏感性。从大管到小管的压力波会扩大，并可以使压力振幅增加一倍。热交换器特别容易受到通道头部损坏的影响，因为这种结构通常不会考虑到较大的瞬态差压力。同样，由于水锤事件的挑战，由于腐蚀而导致腐蚀导致降解的热交换管可能会失败。由于压力飙升和泄漏，可以从法兰挤出法兰的垫片材料。在工厂系统中进行水锤事件之后，不仅要评估管道和支撑，而且还要评估任何可能遭受损坏的组件。
鉴于水锤引起的一系列潜在问题，最好的做法是减轻或消除经历此类事件的可能性。在某些情况下，可以通过真空断裂器或在潜在的排水事件后减慢系统的填充速率来实现。适当维护阀门操作员可以帮助防止遇到水锤事件的故障。对于蒸汽冷凝事件，最好的方法通常是修改操作程序以排除可能导致事件的条件。这需要在正常和紧急情况下对系统和操作程序进行批判性审查。
For more information, please contact Kevin Ramsden, FAI Chief Engineer (630) 887-5260,ramsden@fauske.com,m.domyth.com
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