消除长距离输水管道水锤压力的措施

【摘要】本文通过对水锤发生的原因和分类进行分析，进一步研究水锤发生的不利影响，并提出了相应的消除水锤的措施，对实际的输水工作具有指导意义。

【关键词】长距离输水管道 水锤压力 消除措施

中图分类号：TV211.1 文献标识码：A 文章编号：

前言

由于我国水资源的分布不均，尤其北方地区，水资源的匮乏，已经严重影响到人们的正常生产和生活，而且不能满足经济的快速发展和人们生活水平的提高对水的需求。因此，需要进行长线的输水工作，缓解供水的矛盾。南水北调就是其中最具代表性的输水工程。管道输水工作具有成本低，对环境条件要求低，而且方便快捷，方便管理的显著特点，得到了广泛的使用。在长距离的输水过程中，管道内部产生水击，造成流速发生变化，这就是我们俗称的水锤。水锤的产生，对输水工作会造成一定的影响，本文将详细进行分析。

二、水锤发生的成因和表现形式

1、水锤发生的原因

(1)在启泵、停泵、使用闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时，尤其当快速操作、水流速度产生剧烈变化的时候。

(2)事故停泵，也就是指工作中的突发事故致使水泵动力突然中断而造成停泵。多发生的是配电的系统故障、人员误操作以及雷击等情况下造成的突然停泵。

2、水锤破坏主要的表现形式

(1)水锤压力过高或者过低，都会给输水管道带来不利影响，压力过高，就会引发水泵、阀门和管道的破坏；水锤压力过低，会造成管道因失稳而受到破坏。

(2)水泵反转速过高突然停止或者在反转过程再次启动电动机，就会使电动机转子永久变形，水泵机组部件损坏。

(3)水泵倒流量过大，使管网的压力降低，水量过小进而使正常的供水受到影响。

三、水锤计算目的

在输水过程中，加强对水锤的预防首先是要对水锤有清晰的认识，可以通过计算的方式，具有以下几个目的：

(1)提供最大水锤压力上升值Hoax，以便进行泵壳、管道、支墩的强度计算，对选配管道、阀件提供指导。

(2)提供管道沿线各主要点，如水泵出口(或出水阀门、逆止阀)、管道中点、管道隆起点的最大降压值Hoax，以便复核管道的稳定性。

(3)提供水泵机组在工作制动工况、水轮机工况运行时，可能出现的最大倒流量，最大反转速，是否满足设计标准或者规定的相关要求。

四、使用管道水锤防护措施的必要性

在输水的管道经常会出现局部凸起和变坡的现象。一旦发生事故造成停泵，在这些凸起部位中的水体首先就被汽化，进而造成管道和水力机械的气蚀，形成“水柱分离”。一旦水柱重新弥合，就会形成“弥合水锤”，压迫管道压力迅速上升。情况严重的就会发生爆管现象，不但使管道和泵站建筑物受到很大程度的破坏，更有可能危害到供水沿线人民的生命和财产的安全。因此，在设计中就必须要考虑在管道中适当增加调压措施，有效地防止水柱分离造成的的严重破坏。

五、水锤的防护措施

1、沿线管道纵向设计的水锤防护

只要是通过压力方式进行输水的管道就必然会存在水锤，在长距离输水工程中必须充分的认识到水柱弥合水锤的危害。在长距离输水管道中，经常会发生流速变化的情况，当管道中的水流速度变化的时候，就会造成管道中水压力的上升或者是下降。当压力低于水的气化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时会发生强烈的撞击，造成管道中的水升压，形成断流弥合水锤，弥合水锤升值很大，在使用实验装置观测显示能够达到工作压力的2～4倍，由此可见，其对输水的安全性的危害是非常大的。

当水在输水管道运行的时候，实际上是水气两相流。因此，对长距离输水管道在进行设计的时候，要结合输水管道的纵向布置情况，分析研究计算在不同的工况下的不同的水流状态，确定合适的位置(通常是在每个较缓的驼峰处)布置排气阀。在管线的水平段，排气的问题更加突出，因此，要在设计时人为的把管线布置成隔一段设置一个高点(当然坡度不能太大)，设置排气阀，而且水平段根据以往的经验每间隔600～1000m的距离设置一个。此外，排气阀的选择也十分重要，因为管道中运行时，水在管道中的状态很复杂。由于水流流态的复杂性，也就造成了排气的困难，因此不但要确定排气阀的合理数量，合适位置，还要对排气阀种类和性能高度重视。

长距离输水工程中在工艺设计时，本着安全、合理、经济的水锤防护措施，取得了很好的效果，但也并不是完全消除掉水锤，还要在管道结构设计的时候，结合水锤产生的原因，进行考虑，达到有效消除。

2、停泵水锤防护措施

停泵水锤的破坏性很大，有可能会引发泵站和输水系统的严重事故发生，例如停泵水锤会造成泵房内的设备损毁或者是使管道爆裂，淹没泵房，或者使沿途的房屋受淹。因此，对停泵水锤的防护刻不容缓，要根据实际的情况制定具体措施消除或者降低停泵水锤，尽可能把它造成的危害降低到最小。可以通过以下几个方法。

(1)降低输水管线的流速，这是有效降低水锤压力的途径。但是弊端是会同时增大管道管径，增大了工程成本。

(2)在输水管线的布置要考虑到尽可能避免出现驼峰或坡度剧变，使管道尽量平缓。

(3)通过模拟，选用转动惯量较大的水泵机组或加装有足够惯性的飞轮，这样也能在一定程度上降低水锤值。

(4)设置水锤消除装置，常见的有几种装置：

① 调压室：调压室是一个钢制或钢筋混凝土的水箱

② 气压罐。这种装置在国内并不多见，一般在国外被广泛使用。它能够根据管道中的压力变化对管道进行补水或吸收管路中的过高压力。

③水锤消除器：这种装置可以在保证水体流动的情况下，有效地消除各类水锤，并且消除有害冲击波，保护管道。但是，有些水锤消除器不具有自动复位的功能，容易造成误操作。

④缓闭止回阀。通常分为重锤式和蓄能式两种。这种阀门的使用可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。一般在停电后3—7秒之内，阀门自动关闭70％～80％，剩余20％～30％的关闭时间可以根据水泵和管路的情况进行调节，通常控制在l0～30秒的范围之内。可以通过计算机模拟最佳时间，并现场调

试确定。

3、分段减压消能

在长距离的输水管道中，由于管道的长度很长，要进行分段减压，能够有效降低压力，消除水锤。按照管道的要求长度，把总长度截取成若干个不连续的部分，在每个管道的末端都安装闸阀和消能设备也就是减压设施，通过减压设施的调节，保证各段管道所承受的两个减压设施间最大地形落差，这样就能够很大程度上减少水锤的压力，进而降低了管道的工作压力。比如在万家寨引黄工程的联接段，就是将整个输水管线划分为三个区段，使得每段管道的最大工作压力不超过1M Pa。

4、缓冲排气技术分析

长距离输水管路的高点处或膝部，会因各种原因造成大量气体的集聚，容易造成管道气堵，致使水流中断。为了起到保护管路的目的，需要在沿管路的适当地方设置进排气阀。通过分析我们能够得出，造成管道排气困难和爆管、水阻增大等现象最主要的原因就是管道堵塞，因此，在工程实践中都需要利用恒压缓冲排气阈，它在满足管道中水气相间条件下能实现连续大量排气的要求，从而安全、平稳的排出管道中气体，防止气阻增大带来危害。根据长期的工程实验数据显示，输水管道的排气阀要保持在每隔0．5 l—1．0 km的距离设置一个为宜，并且每个排气阀要在管道的最高点设置。

六、结束语

水资源，是我国生产生活的必要资源，我国水资源的不平衡分布致使长距离的输水工程成为水资源调节的重要方法。近些年，我国长距离输水工程的技术水平得到了快速的提高，在输送过程中的问题处理方面已经有了很大的改善。特别是对水锤的防治，更是取得了很大进步。基于水锤的各种危害，我们在输水工程的设计和施工过程中，不能够满足现状，止步不前。技术是不断的发展和进步，只有不断增强学习，用先进的知识指导实践工作，才能取得更大的进步。对于输水工程水锤的防治是没有终点的，是需要水利工作人员不断的总结经验，提高知识水平的积累，不断提高实践作业的效率，才能更加有效地保证长距离输水工程顺利开展。

参考文献：

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[2]王化生，城市输水水锤的防治[J]中国水利，2011

[3]吴鹏，长距离输水管道水锤压力的防治措施[J]水利水电，2009

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