浅谈_水锤效应_的危害与消除措施

科技信息2010年第9期

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION

为了满足城乡人民的正常生产和生活用水需求，减少供水管网及设施的维修费用，预防供水事故的发生，认识及消除水锤效应，是非常有必要的。

水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。当打开的阀门突然关闭，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用即正水锤；相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤即负水锤，也有一定的破坏力，这两种现象就是水利学当中的“水锤效应”。电动水泵机组突然停电或启动时，同样也会引起压力的冲击和水锤效应。这种压力的冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。

1水锤产生的条件以及水锤效应的危害

水锤产生的条件有：阀门突然开启或关闭；水泵机组突然停车或开启；单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；水泵总扬程（或工作压力）大；输水管道中水流速度过大；输水管道过长，且地形变化大等。

水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。这种大幅度的压强波动，造成的危害有：引起管道强烈振动，管道接头断开，破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低。反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。

2水锤效应的消除措施

2.1开（关）阀水锤消除

开关阀水锤有直接水锤和间接水锤，延长开阀和关阀的时间，可避免产生直接水锤。离心泵、混流泵应在阀门关至15%—30%时而不是全关时停泵，这样可以降低水泵出口压力，防止水泵振动及延长阀门使用寿命。对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。

2.2启泵水锤的消除

2.2.1排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。

2.2.2凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。

2.2.3当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式：首先将水泵出口阀门打开15%—30%（蝶阀可先开150—300），管道上其余阀门全部开启；然后启动水泵，待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。

设有止回阀的水泵，应在止回阀前设自动排气阀、在止回处设旁通阀。事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。据调查分析国内几个泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。

2.3停泵水锤的消除

给水管中的水在断电后的最初瞬间，主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动，然后流速降到零。管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化，从而引起水锤现象的发生。

2.3.1降低输水管道的流速，增加管道直径、壁厚，可在一定程度上降低水锤压力。

2.3.2选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。

2.3.3输水管线布置时，减少管路布置的陡峭度，尽量布置平缓管路，应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变，在管路中各峰点安装可靠的排气阀，避免产生弥合水锤。2.3.4通过水锤计算，停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。

2.3.5减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。

2.3.6停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停泵的危害，并且可以减少水头损失，节约能耗；目前，经过一些大城市的实验，认为一级泵房可以取消，二级泵房不易取消；取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算，为减少和消除水锤，目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。

2.3.7在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀、微闭蝶阀，可有效的消除停泵水锤，但因阀门动作时有一定的水量倒流，吸水井须有溢流管。需要注意的是，当管路中存在峰点而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。

2.3.8紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器，管道中的水锤压力通过开启的水锤消除器泄掉，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击。

2.3.9采用水力控制阀，一种采用液压装置控制开关的阀门，一般安装于水泵出口，该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭，阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度，通过缓闭来减小停泵水锤冲击，从而有效消除水锤。

2.3.10设置双向调压塔，在泵站附近或管道的适当位置修建，调压塔将随着管路中的压力变化向管道补水或泄掉管路中的过高压力，从而有效地避免或降低水锤压力。这种方式工作安全可靠，但其应用受到泵站压力和周边地形的限制。

2.3.11单向调压塔：在泵站附近或管道的适当位置修建，单向调压塔的高度低于该处的管道压力。当管道内压力低于塔内水位时，调压塔向管道补水，防止水柱拉断，避免弥合水锤。但其对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压作用有限。此外单向调压塔采用的单向阀的性能要绝对可靠，一旦该阀门失灵，可能导致发生较大的水锤。

2.3.12安装气压罐，随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力，其作用与双向调压塔类似。

2.4其它措施

2.4.1采用PLC自动控制系统，对机泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制。因供水管网压力随着工况的变化而不断变化，机泵工频运行时经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏，采用PLC自动控制系统，通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制微机设定机泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。

2.4.2安装泄压保护阀，该设备安装在管道的任何位置，和水锤消除器工作原理一样，只是设定的动作压力是高压，当管路中压力高于设定保护值时，排水口会自动打开泄压。

3结束语

水锤效应的危害是极其严重的，但是，水锤效应只和水本身的惯性有关系，所以在管路中采取一系列缓冲措施和安装水锤消除设备，它的危害是可以控制在最小的，并且水锤效应正在逐渐被人类认识并利用，比如适用于山区小流量高扬程供水的水锤泵站、以及直接采用水锤效应来开发水的落差进行扬水的直流液压水锤泵等。

作者简介：李爱茹（1968.6—），女，汉族，大学本科，1991年7月毕业于河北建筑工程技术学院给水排水专业，高级工程师，主要从事供水工程管理工作。

［责任编辑：张爽］

浅谈“水锤效应”的危害与消除措施

李爱茹董文明

（唐山海港开发区供水工程管理处河北唐山063611）

【摘要】本文从水锤效应产生的条件及危害入手，介绍了消除水锤效应的措施。

【关键词】水锤效应；危害；消除措施

科

●

○建筑与工程○

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多功能水泵控制阀水锤防护特性及应用(精)

多功能水泵控制阀水锤防护特性及应用 摘要：本文论述了新型多功能水泵控制阀的水锤防护原理，并结合实际工程应用情况，介绍该控制阀的设计计算方法。关键词：多功能水泵控制阀水锤防护原理 1 引言水锤控制是给水管道系统设计的一项重要内容。水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关，由于阀门关闭/开启时间Ts与水锤波的相长T的差异，表现为直接水锤和间接水锤两种形式。当Ts﹤T时，在阀门关闭过程中，反射回来的水锤波尚未到达阀门时，阀已关闭，水锤波所产生的压强增高值无干扰作用，这种水锤称为直接水锤，阀门开状态与关闭状态刚好相反，装有普通止回阀的供水系统中常常产生直接水锤。当Ts﹥T时，在阀门关闭过程中，反射回来的水锤波到达阀门时，阀门尚未完全关闭，水锤波导致的压强增值受到了干扰，水锤峰值被削减，这种水锤称为间接水锤。在同一条件下，直接水锤比间接水锤的危害性要大得多，危害最大的是断流弥合水锤。株洲南方阀门制造有限公司生产的多功能水泵控制阀，就是通过控制阀门的关闭状态，造成间接水锤的形成条件来实现管道系统的水锤防护的。 2 水锤波增压值的理论计算给水系统水锤波的压力峰值P为水泵的额定扬程P1和水锤压力增值△P的迭加值即： P=P1+△P（1）（1）直接水锤压力增值△P 按儒可夫斯基公式，可以计算供水系统中发生直接水锤时的压力增值△P (2) △P—直接水锤的压力增值，Kpa； V0—水锤产生前管道中的平均流速，m/s； V—水锤产生后管道中的平均流速，m/s；（3）式中,K：水的弹性模量，N/m2;K=2.04 ×105N/cm2E：管壁材料的弹性模量，N/m2，钢管或钢筋混凝土管，EO=2.04×107N/cm2 D：供水管的直径，mm；δ：供水管的管壁存度，mm；CO=K/ρ，在密度为ρ，弹性模量为K的无边界液体介质中声音的传递速度，对于水， CO=1425m/s。从式（2）可以看出，当管道材料及其所输送的介质确定以后，直接水锤的压力增值△P，是管径和流速的函数，△P=f（V，1/D），直接水锤的压力增值△P随着流速的增大而增大，随着管径的增加而减小。因而在工程设计中可以通过降低流速即增大管径来降低水锤的危害。（2）间接水锤压力增值△P1的计算间接水锤的压力增值计算比较复杂[2] [3] ，可按流体力学公式进行计算 △P,=T/Ts·△P（4）△P'—间接水锤时的水压增值，Kpa ；由于发生间接水锤时，Ts﹥T，由式（4）可知，△P'﹤△P，即同样条件下间接水锤较直接水锤的水锤压力峰值要小。当阀门的关闭（开启）时间Ts，水锤波的相长T确定之后，可以按（4）式直接计算间接水锤的压力增值。在实际选用水泵多功能阀时，当直径大于DN800时，一般以Ts=(1.3-1.5)T，Ts≯2.0T为宜。当管道直径较小、管道不长时，Ts可以适当加大，闭阀历时Ts可以是水锤相T=2L/C的2-10倍，把实际水锤压力P限定在安全范围内。可通过调节阀门启闭动作时间（3～120s），使计算水锤压力峰值小于1.5倍水泵工作压力。这一点不同于液控缓闭阀，液控缓闭阀是通过快关、慢关两阶段实现的，在快关阶段，关闭角度大，约为 60-80%,而时间很短，为1-2s;在慢关阶段，关闭角度小。关闭时间太长，容易引起压力管道中的水大量倒流，使水泵反转速度超过允许值，或者造成压力管道中的水柱被快速拉断，部分管段出现真空，甚至产生断流弥合水锤。 2、多

水锤现象及解决方案

当采用异步电机供水时，异步电机在全压起动时，从静止状态加速到额定转速所需时间极短。这就意味着在极短的时间里，水的流量从零猛到额定流量。由于流体具有具有动能和一定程度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤效应。 水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。 水力发电厂的水轮机在进水叶动作时也会发生这种现象.据我老师说他还碰到过进水叶因关闭过快而引起压水管爆裂的事故. 水锤效应是一种形象的说法.它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大。 另一种关于水锤效应的说法:异步电动机在全压启动时,从静止状态加速到额定转速,水的流量从零猛增到额定流量.由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,因此,在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击,并产生空化现象.压力冲击将使管壁受力而产生噪音,就像锤子敲击管子一样,称为水锤效应. 采用恒压供水,可以通过对时间的预置来延长启动和停车过程,使动态转矩大为减小,从而从根本上消除水锤效应. 实际上，水锤出现在起泵和停泵两种情况下。停泵时，如果是扬程很高，泵通过关断电源自然停止，水会逆向砸下来，形成水锤。解决的办法是采用变频器或软起动器，用变频器最好，要多舒缓都可以，但是如果不需要调速，成本就高了，用软起动器就可以了，大多数软起动器具有软起和软停双重功能。 水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，排气完了再停水。 水锤现象 在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突 然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替 变化，这种水力现象称为水击或水锤。 因开泵、停泵、开关闸阀过于快速，使水的速度发生急剧变化，特别 是突然停泵引起水锤，可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转，管 网压力降低等，所以，预防水锤发生极为重要，平时预防水锤发生的措施 主要有以下几个方法： a. 开关阀门过快引起的水锤： （1）延长开阀和关阀时间。

第四节 水锤计算的特征线法

第四节水锤计算的特征线法 前面介绍了水锤计算的解析法。解析法的优点是应用简便，但难以求解较为复杂锤问题。水锤计算的特征线法原则上可以解决任何形式的边界条件问题，可以较合理应水轮机的特性，能较方便地计人摩阻的影响，也便于用数字计算机计算。 特征线法有两种，一种以ζ-v（或H-V）为坐标场，一种以x-t为坐标场，两法的结果是一致的。 图14-12 简单管示意图 一、以ζ-v为坐标场的特征线法 图14-12表示一特性沿管长不变的水管，P为管中任意一点，距A点和B点的距离分为和。根据基本方程式(14-5)和式(14-6)可导出求解P、B、A三点水锤压强时征线方程。 （一）任意断面P的水锤求解 根据基本方程式（14-5）和式（15一6），P点在时刻t的压强和流速变化为 式中上标“P”表示地点，下标“t”表示时间，例如，表示P点在时刻t的水头，余类推。对于某一确定的断面P，为一常数，为便于书写，在波函数F和f中略去了。 对于A点，在时刻可写出下列相似的方程 因F是由A向P传播的反向波，故。由于水管特性不变，。考虑以上关系，将式(a)和式(b)两组方程相减，得 以上二式消去f，并将ζ=△H/Ho、v=V/Vmax和ρ=cVmax/2gHo。 对于B点，在时刻可以写出与式(b)相似的方程

因f是由B向P传播的正向波，故，将式(c)与(a)两组方程相减，以上法处理，得 从形式上看，式（14-35）是反x向写出的，称之为反向方程，在ζ-v坐标场上是一根斜率为2ρ的直 线，如图14-13中的线；式（9-36）是顺x向写出的方程，成为正向方程，在ζ-v坐标场上是一根斜率为-2ρ的直线，如图14-13中的线。 图14-13 ζ-v坐标场上得特征线 在式（14-35）和式（14-36）中，如已知A点在时刻和B点在时刻的压强和流速 ，即可求出P点在时刻t的压强和流速。和为图14-13中Pt的坐标值，可用 和两条直线的交点求出。用特征线法求解压强和流速的方法就是过去广为采用的水锤计算的图解法。 （二）进口B点的水锤求解 已知P点在时刻t的压强和流速，列出PB间反向方程 压力水管进口为水库或平水建筑物，,故由上式可确定未知量。 （三）管末A点的水锤求解 已知P点在时刻t的压强和流速，列出PA间的正向方程

冷热水管道中的水锤现象

冷热水系统中的水锤现象 意大利卡莱菲公司北京办事处舒雪松 冷热水管道中的水锤现象指管道中的水流在极短的时间内迅速地停止或加速，因此所造成的有力的冲击。比如说，在迅速关闭水龙头，或水泵起停时，经常听到‘嘭’一声短暂的闷响。这就是典型的‘水锤现象’。这种冲击的能量来自于管道内水流速度突然的改变。 ‘水锤’这一名词来源于古代的一种兵器‘攻城槌’，它运用于攻克城墙或城门，它造成的冲击力与水锤现象类似。 图1 ‘攻城槌’由一个长木棒制成，在木棒的顶端有一个铁锤，它能产生的冲击力大小取决于操作武器的士兵的力量。（见图1） 而水锤力量的大小却由很多因素决定。 管道中静止的水只具有‘潜能’，即由它的定额所决定的能量。当定额降低并接近海平面时，其潜能减弱并消失。如果假定海平面为‘0’，高于海平面的海拔高度‘z’,物体质量为m,那么它所具备的能量为mgz：其中‘g’为重力加速度（9.81m/s2）。 如果管道中的水以一定的速度‘v’流动，在潜能上又加入了动能，约为1/2 mv2。这种运行的能量来源于mv, 它代表了水的运动量，即组成水的每一滴水的运动量总和。 就如前面提到的一样，当猛然关闭阀门或水泵时，水的流速突然变为零（v=0），其动能也消失（1/2 mv2=0）同样它的运动量也消失（mv=0）。

但是，水所具备的能量不可能就这样瞬间溶解，它改变为‘压力波’，以声速在管道内传送。这就是‘水锤现象’。它所产生的高压能超过100bar ，而其延续的时间也就仅百分之几秒。由于其速度如此快捷，管道上的压力表根本无法显示出管道系统内这种瞬间弹性的压力波动。 理论上说，水不能被压缩，但为了更好地解释高压的产生，我们必须承认水是能被压缩的，如同气体一样。根据Hoorce 定律，如果将1立方米水压缩1bar ，它体积将减少 50cm 3。当关闭一段管道末端的阀门时（如图2所示）。与阀门接触的水受到压缩，通俗地说, 水‘缩短’了。因此它的部分动能改变为压力能量。这时，其压力由P 变为P+△P ，△P 即是超出的压力。压力波沿着管道相反的方向传送到管道的起点，如水箱。在这儿，水箱的水受到膨胀。如果管道长度L （m ）为阀门上游管道长度，c 为运动速度（m/s ）（紊流传送的速度）。压力波到达管道起点的时间t=L/c (s)。这种情况下，管道内的水流是静止的（v=0）而且是被压缩的。 我们假设管道的起点为一个水箱的入口处，当压力波到达这个假定的入口处截面时，在入口处的水箱一端压力为Px+△P 。一部分可以忽略不计的水从管道回到水箱，这样一来，在水箱至阀门之间产生了负压一△P 。这个负压经过同样的L/c 的时间到达阀门。因此从关闭阀门到负压回到阀门共用时间tc=2 L/c ，称为‘持续时间’。 但是在阀门这儿又出现了一△P 的不平衡，此负压向上游方向延伸。因此在水箱与阀门之间又产生了压力波。这个时间段为3 L/C 。所有这些往返的压力波都在约百分之几秒内完成，如同前面讲到的一样。 如何界定关闭阀门的方式是否会造成水锤呢？我们将关闭的方式分为‘猛烈’式和‘平缓式’。通常说来, ‘猛烈关闭’的方式会带来水锤使压力升高。 当关闭的时间tc<2 L/c 时，这属于‘猛烈’关闭，当tc>2 L/c 时属于‘平缓’关闭。如果是猛烈关闭，超压（或负压）的最高值并不是出现在整个管道长度L （即水箱至阀门关闭处），而是出现在从阀门关闭处开始的Lx=L —（ctc/2）。经过这一段长度后，超压（或负压）将沿程逐渐降低（或增加）。（如图2所示）。如果关闭是‘瞬间的’，以上的压力值将会出现在整个管道内。 值得注意的是，猛烈地关闭阀门会造成超压，猛烈地开启阀门会造成降压。两者都会产生水锤现象。 区别只

水锤产生的原因危害及预防措施

谈水锤产生原因 、危害和预防措施 水锤产生原因、 我公司施工的绿城千岛湖度假公寓1#楼工程，空调管道中连接风机盘管的不锈钢软接出现多处断裂，造成吊顶泡水的严重后果。另外杭州金沙港旅游文化村度假用房某楼也发生了给水铜管管件断裂的事故，同样造成了吊顶泡水的严重后果。这二起事故都造成较大经济损和负面影响，经现场踏勘和相关情况的了解分析，造成这二起事故的原因为“水锤”。 先说说什么叫水锤、产生水锤的原因及其危害：水锤是在突然停泵或者在阀门关闭或打开太快时,由于压力水流的惯性,产生的水流冲击波,由于象锤子敲打一样,所以叫水锤。水锤产生的原因是： 1、阀门突然开启或关闭。由于管道内壁光滑，水流动自如，当阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力，后续水流在惯性的作用下，使压力迅速达到最大，并产生破坏作用，这是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开时，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。2、水泵突然停止或开启。水泵起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象；水泵停止时，管道中的水靠惯性以逐渐减慢的速度继续向用水点流动，然后流速降到零，管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化，从而引起水锤的发生。3、管道中存在空气。空气柱在突然降压或升压时会膨胀或压缩推动水柱运动，这样气推水、水推气，形成水锤。另外管道向高处输水（高差超过20米）；水泵总扬程（或工作压力）大；

什么是水锤效应

什么是水锤效应? 当采用异步电机供水时，异步电机在全压起动时，从静止状态加速到额定转速所需时间极短。这就意味着在极短的时间里，水的流量从零猛到额定流量。由于流体具有动能和一定程度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤效应。 另一种说法是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大。 水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，排气完了再停水。 水锤效应的危害： 因开泵、停泵、开关阀门过于快速，使水的速度发生急剧变化，特别是突然停泵引起的水锤，可以破坏管道、水泵、阀门，并引起水泵反转，管网压力降低等。水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。 水锤效应的预防： 采用恒压供水，可以通过对时间的预置来延长启动和停车过程，使动态转矩大为减小，从而从根本上消除水锤效应。 （1）管线内空气未能排出易产生水锤。管线有高低起伏之情况，管线较高之位置，容易积存空气，因空气受压后，体积会被压缩，内压会大幅度的增加，导致产生水锤。水锤则造成壁承受瞬间加压。 防止措施：管线较高之位置装设“自动排气阀”自动排气阀上方有浮动球，当水未达满或没有水时，浮球自动掉落，空气可由此孔排出，当管内有水，此浮球会浮起，满管时此浮球会浮上堵塞上方之圆孔，上述功能可排出管内高处遗留的

水锤现象的解决方案

水锤现象的解决方案 1.概述 当采用异步电机供水时，异步电机在全压起动时，从静止状态加速到额定转速所需时间极短。 这就意味着在极短的时间里，水的流量从零猛到额定流量。由于流体具有具有动能和一定程 度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。 压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤效应。 水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致 管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。 水力发电厂的水轮机在进水叶动作时也会发生这种现象。进水叶因关闭过快而引起压水 管爆裂的事故。 2.水锤效应现象 水锤效应是一种形象的说法 . 它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种 严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或 给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续 水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤 效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤， 叫负水锤，但没有前者大。 另一种关于水锤效应的说法:异步电动机在全压启动时,从静止状态加速到额定转速,水的流量从零猛增到额定流量.由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,因此 , 在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击 ,并产生空化现象 .压力冲击将使管壁受力而产 生噪音 , 就像锤子敲击管子一样 ,称为水锤效应。 3.水锤解决方法 采用恒压供水 , 可以通过对时间的预置来延长启动和停车过程 , 使动态转矩大为减小 ,从而从根本上消除水锤效应 . 实际上，水锤出现在起泵和停泵两种情况下。停泵时，如果是扬程很高，泵通过关断电源 自然停止，水会逆向砸下来，形成水锤。解决的办法是采用变频器或软起动器，用变频 器最好，要多舒缓都可以，但是如果不需要调速，成本就高了，用软起动器就可以了，大 多数软起动器具有软起和软停双重功能。 水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这 样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，排气完 了再停水。

不可小视气阻水锤对城镇输配水管道的危害

不可小视气阻水锤对城镇输配水管道的危 害 SOUrHWESTW旺R&WASTEWATER西南给排水不可小视气阻水锤对城镇输配水管道的危害 周国庆,叔贵新 (黑龙江省克山县排水事业管理处,黑龙江克山县161602) 摘要利用实例阐述了在城市供水中由于气阻,启闭法门等因素,引起管道中水的流速剧烈 变化而产生水锤.致使管道中水的压力急剧增高(或降低),严重时致使管道破损爆裂,中断供水, 严重影响城镇生产建设,商服营业和人民生活正常秩序.文中仅就实例分析水锤的成因及其消除危 害应采取的措施.特别是提醒同行们在城市供水设计施工中.严格按照国家有关规范的规定:在城 镇输配水管路制高点设排气装置:在管网末稍或低洼地带设排污泄水装置,以保安全正常供水. 关键词输配水管道水锤危害 0前言 城镇供水中由输水管路,配水管网及控制调节 水量水压的阀门,排气泄污装置等附件和附属构筑 物.构成了城镇供水系统. 输水管线:担负着城镇供水转输水量的管道. 一 般指水源地至水厂或从水厂至配水管网的管线. 沿线一般不接用户管.只起转输水量的作用.有 时.从配水管网接到大用户较长的专用管线.途中 不接用户管.也称为输水管线.

配水管网:由配水干线,配水分配管和接户管 (进户管)构成的管道网络,其作用就是将输水管 路送来的水配给城镇各用户的管道系统.包括环状管网和枝状管网两种形式 在城镇输水管线和配水管网的制高点应安装自 动排气阀,以便及时排除管内积气.《室外给水设计规范》(GB50013—2006)第条规定:"输 水管(渠)道隆起点上应设通气设施.管线竖向布 置平缓时.宜间隔1000m左右设一处通气设施.配水管道可根据工程需要设置空气阀" 在输水管线,配水管网的低洼处.应装置泄水 阀或排水管.规范(GB50013—2006)第条规定:"输水管(渠)道,配水管网低洼处及闸门间 管段低处,可根据工程的需要设置泄(排)水井. 泄(排)水阀的直径.可根据放空管道中泄(排) 水所需要的时间计算确定." 高处排气,低处泄水排污这本是城市供水设计 施工中不可忽略的一般常识.可是就在笔者家乡附近地形起伏较大的某城镇.在城镇供水管网改造施工中未设排气装置,加之运行管理不善,给城镇供水带来不应有的危害,经常产生气阻水锤,严重影响了城镇正常供水.详见下面的实例. 1气阻水锤危害输配水管道的实例 基本情况 某城镇地处小兴安岭的西南缘.松嫩平原的东 北部,是山脉伸向平原的过渡地带.城镇呈北高南低的漫岗丘陵.地形起伏较大,城镇北半部地面坡度约为20%.左右.近10年最冷月平均气温一, 冻土深度为一(历史最大一.于上世纪

水锤的产生与消除

水锤的产生与消除 水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子 敲打一样,所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。“水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。 电动水泵合电压起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象。压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。 水锤效应只和水本身的惯性有关系，和水泵没有关系。 水锤效应的危害 水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。 当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。 为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。 水锤消除器 水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。水锤消除器的内部有一密闭的容气腔，下端为一活塞，当冲击波传入水锤消除器时，水击波作用于活塞上，活塞将往容气腔方向运动。活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关，活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下，做上下运动，形成一个动态的平衡，这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。 水锤效应的消除 要想消除水锤，必须加装水锤吸纳器或缓闭止回阀。只有缓闭功能的碟形止回阀才有防止水锤的作用。

第九章 水电站的水锤及调节保证计算

第九章水电站的水锤及调节保证计算 本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水锤简化计算、复杂管路的水锤解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。 第一节概述 一、水电站的不稳定工况 由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。其主要表现为： (1) 引起机组转速的较大变化 丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高 增加负荷：与丢弃负荷相反。 (2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象 管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水锤”。 导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。 导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。 (3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。 二、调节保证计算的任务 (一) 水锤的危害 (1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂； (2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动； (3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。 (二) 调节保证计算 水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。 1．调节保证计算的任务： (1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据； (2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。 (3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。 (4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。 2．调节保证计算的目的

水锤及危害

水锤又称水击。水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。长距离输水工程应进行必要的水锤分析计算，并对管路系统采取水锤综合防护计算，根据管道纵向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数量、型式、口径。 1水锤发生的原因与分类 1.1引起水锤过程的原因 (1)启泵、停泵、用启闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时；尤其在迅速操作、使水流速度发生急剧变化的情况。 (2)事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时停泵。较多见的是配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。 1.2水锤破坏主要的表现形式 (1)水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏；或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。 (2)水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联结轴的断裂。 (3)水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减小，影响正常供水。 1.3.水锤的分类与判别 (1)按产生水锤的原因可分为：关（开）阀水锤、启泵水锤和停泵水锤； (2)按产生水锤时管道水流状态可分为：不出现水柱中断与出现水柱中断两类。前者水锤压力上升值△H通常不大于水泵额定扬程HR或水泵工作水头H0称正常水锤；后者当水柱再弥合时，水锤压力上升值较高，常大于HR或H0，是引起水锤事故的重要原因，故称非常水锤。 所谓水柱中断，就是在水锤过程中，由于管道某处压力低于水的汽化压力而产生，即： Pi/γ+Pa/γ≤Ps/γ (1-1) 式中： Pi/γ—管道中某点的压力（M）； Pa/γ—大气压力（M）； Ps/γ—水的饱和蒸汽压力（绝对压力），在常温下取2-3M； γ—水的容重。 (3)对于关（开）阀水锤，与关（开）阀时间T。有关可分为： 直接水锤： Tc＜Tγ（1-2）间接水锤： Tc＞Tγ (1-3) 式中：Tγ—水锤相（秒），见公式（1-12）。 1.4水锤特征的计算 1.4.1水锤传播速度

水锤计算方法

第一节概述 一、水电站的不稳定工况 机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。 在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。其主要表现为： (1) 引起机组转速的较大变化 由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。反之增加负荷时机组转速降低。 (2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象 当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。 (3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。 二、调节保证计算的任务 水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。调节保证计算的任务及目的是： (1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。 (2) 计算丢弃负荷和增加负荷时的机组转速变化率，并检验其是否在允许范围内。 (3) 选择水轮机调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。

水锤计算

第九章水电站的水锤与调节保证计算 第一节概述 一、水电站的不稳定工况 机组在稳定运行时，水轮机的出力与负荷相互平衡，这时机组转速不变，水电站有压引水系统(压力隧洞、压力管道、蜗壳及尾水管)中水流处于恒定流状态。 在实际运行过程中，电力系统的负荷有时会发生突然变化(如因事故突然丢弃负荷，或在较短的时间内启动机组或增加负荷)，破坏了水轮机与发电机负荷之间的平衡，机组转速就会发生变化。此时水电站的自动调速器迅速调节导叶开度，改变水轮机的引用流量，使水轮机的出力与发电机负荷达到新的平衡，机组转速恢复到原来的额定转速。由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。其主要表现为： (1) 引起机组转速的较大变化 由于发电机负荷的变化是瞬时发生的，而导叶的启闭需要一定时间，水轮机出力不能及时地发生相应变化，因而破坏了水轮机出力和发电机负荷之间的平衡，导致了机组转速的变化。丢弃负荷时，水轮机在导叶关闭过程中产生的剩余能量将转化为机组转动部分的动能，从而使机组转速升高。反之增加负荷时机组转速降低。 (2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象 当水轮机流量发生变化时，管道中的流量和流速也要发生急剧变化，由于水流惯性的影响，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，即产生水锤。导叶关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。反之导叶开启时，在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中引起压力上升。 (3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。无压引水系统中产生的水位波动计算在第八章已介绍。 二、调节保证计算的任务 水锤压力和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。调节保证计算的任务及目的是： (1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据之一；最小内水压力作为压力管道线路布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据。

灌溉系统中水锤的解决方案

灌溉系统中水锤的防治办法 供水管道总会产生一阵阵有节奏的异响，作为工程人员我们应知道，这是水锤现象会危害我们的管网及设备，必须尽早处理及时预防。 一、何为水锤现象？ 在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停机）使水的流速突然发生变化，从而引起水击，这种水力现象称为水击或水锤。液体在管内流动时，它具有动能，当液体突然停止，它的运动能量必须被消除。这时能量变成自停止点开始的高压波，以近声音的传播速度沿管路系统来回传递，使管内液体膨胀并撞击管路，发出刺耳的噪声。 也就是说：快速地开泵、停泵、开关阀门，使水的流速发生急剧变化，就是产生水锤现象的基本原因。 二、水锤的危害 水锤效应有极大的破坏性：由于水锤的产生，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍、几十倍，其危害很大，严重时会引起管道的破裂，影响生产和生活。压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。 水锤现象可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转，管网压力降低等。 三、常见水锤现象的原因分析及对策 既然管道系统内水的流速的急剧变化是产生水锤的基本原因，我们有必要对此展开深入地探讨，以便寻求应对之策。 1.各种阀门突然开启或关闭，水泵机组突然停机或开启 将响应太快调整为响应迟钝，比如延长开阀和关阀时间，选择开关动作迟钝的阀门，或者选择关键点位安装止回阀。 2.输水管道中水流速度过大；管道过长，且地形变化大 降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。 输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变。 减少输水管道长度，管线愈长，水锤值愈大。高山地区灌溉可选择截断管道减压的方式，解决管道铺设过长的问题。也可采用增加专用阀门的方式进行水锤的消除。 采用水力控制阀：一种采用液压装置控制开关的阀门，一般安装于水泵出口，该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭，阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度，通过缓闭来减小水锤冲击，从而有效消除水锤。 采用快闭式止回阀：该阀结构是在快闭阀板前采用导流结构，停泵时，阀板同时关闭，依靠快闭阀板支撑住回流水柱，使其没有冲击位移，从而避免产生停泵水锤。

第一节 水锤现象和研究水锤的目的

第一节水锤现象和研究水锤的目的 一、水锤现象 《水力学》这门课程告诉我们，当压力管道末端的流量发生变化时，管道内将出现非恒定流现象，其特点是随着流速的改变压强有较显著的变化，这种现象称为水锤（亦称水击）。 图14-1为一压力管道的示意图。管道末端有一节流阀A；阀门全开时管道中的恒定流速为Vo,若忽略水头损失，管末水头为Ho ,管道直径为do，水的密度为ρo。 当阀门突然关闭（关闭时间 =0)后，阀门处的流速为零，管道中的水体由于惯性作用，仍以流速Vo 流向阀门，首先使靠近阀门dx长的一段水体受到压缩，如图14- 1（a），在该段长度内，流速减为零，水头增至Ho +△H,水的密度增至ρo+△ρ,管径增至do +△d。由于dx上游水体未受到阀门关闭的影响，仍以流速Vo流向下游，使靠近dx上游的另一段水体又受到压缩，其结果使流速、压强、水的密度和管径变化与dx段相同。这样，整个压力管道中的水体便逐步被压缩。水头变化△H称水锤压强，其前峰的传播速度c称水锤波速。 当时间t=L/c（L为管长）时，水锤波传到B点。B点的左边为水库，压强不变，右边的压强比左边高△H,不能平衡，管道中的水体被挤向水库，其流速为Vo,使管道进口的压强恢复到初始状态Ho ,水的密度和管径也恢复到初始状态ρo和do.可以看出，水锤波在B点发生了反射，反射波的绝对值与入射波相同，均为△H,但符号相反，即由升压波反射为降压波，故B点的反射规律为异号等值反射，这是水库对水锤波反射的特点。 B点的反射波以速度c向下游传播，反射波所到之处，消除了升压波的影响，使管道中水的压强、密度和管径都恢复到初始状态，但流速方向与初始状态相反，见图14-1(b)。 当t=2L/c时，管道中的压强虽恢复正常，但其中的水体仍以流速Vo 向上游流动，由于阀门是关闭的，要求流速为零，故此向上游的流速Vo必然在阀门处引起一个压降△H，可以看出，水库反射波在阀门处再一次发生反射，其数值和符号均不变，即降压波仍反射为降压波，故A 点的反射规律为同号等值反射，这是阀门完全关闭状态下的反射特点。

水锤产生的条件、危害及防护措施

水锤产生的条件、危害及防护措施 水锤简介 水锤又称水击。是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。说的通俗些：突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。 供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。 水锤产生的条件 1、阀门突然开启或关闭； 2、水泵机组突然停车或开启； 3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）； 4、水泵总扬程（或工作压力）大； 5、输水管道中水流速度过大； 6、输水管道过长，且地形变化大。 7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患 7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。 水锤效应的危害 水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有： 1、引起管道强烈振动，管道接头断开； 2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低； 3、反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件； 4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。 消除或减轻水锤的防护措施 对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。 1、降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。 停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。 事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。 启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。很多泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。 停泵水锤 所谓停泵水锤是指突然断电或其他原因造成开阀停车时，在水泵和压力管道中由于流速的突然变化而引起压力升降的水力冲击现象。例如电力系统或电器设备发生故障、水泵机组偶发故障等原因，都可能发生离心泵开阀停车，从而引发停泵水锤。 停泵水锤的最高压力可达正常工作压力的200%，甚至更高可以使管道及设备击毁，一般事故造成“跑水”、停水；严重事故造成泵房被淹、设备损坏、设施被毁，甚至于造成人身伤亡

管道水锤

能源环境 管道水锤破坏的消除措施 中色十二冶金建设有限公司（山西河津） 段效坚 【摘 要】介绍了给水管道的水锤形成的各种原因及分类，针对水锤的形成原因提出了不同的水锤防护措施，并分析其工作原理，保证供水管道系统的正常运行，有很好的借鉴作用。 【关键词】给水管道；管道施工；水锤事故；预防措施 1.引言 社会经济的发展，人们生活水平的提高，要求我们城市供水系统的正常运作也要得到相应的保证。在城市管道事故中管道水锤现象是比较常见但是危害又相对较大的管道破坏形式。因此，对水锤破坏进行相关的分析并提出一些有效的防治措施具有很大的实际意义。 2．水锤 2.1水锤的定义。水锤是有压管道中的非恒定流现象。当阀门或水泵突然的打开，使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水力现象称为水锤。交替升降的压强称为水锤压强。 2.2水锤产生的原因和分类。水锤产生的主要物理原因是液体具有惯性和可压缩性，水锤现象的实质可归纳为由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生改变而引起作用力变化的结果。一般说来，输水管道系统中的过渡过程的起因大体有：启泵和停泵，机组转速发生变化或运行不稳定、动力故障；空气进入水泵或管道系统，泵内发生回流，阀门启闭，线路分流、激流等。其中以事故停机引起的水锤破坏尤为的严重。从不同的角度划分，水锤主要分为以下几种：（1）依照理论分析可以分为刚性水锤和弹性水锤；（2）按关阀历时和水锤相位的关系可以分为直接水锤和简介水锤；（3）按外部成因可以分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤；（4）按水锤发生的不同输水道可以分为封闭管道的水锤、明渠中的水锤和明满交替的水锤；（5）按水锤波动的现象分为水柱连续的水锤和水柱分离的水锤现象。 2.3水锤的危害。水锤有极大的破坏性。由于水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，这种大幅度的压强波动，可导致管道系统强烈振动产生噪声，可能破坏管道、水泵、阀门，并引起水泵反转，管网压力降低等。 3.水锤的消除措施 针对上述水锤形成的机理分析，笔者通过结合工程实践提出几种管道施工过程中经常用到的防护措施。 3.1空气罐防护。空气罐是一内部充有一定量压缩气体的金属水罐装置，一般情况下载在水泵出口附近的管道上安装。在因事故停泵后，管道中的压力降低，罐内空气迅速膨胀，在空气压力作用下下层水体迅速补充给主管道，防止水柱分离；倒泻水流会使得水泵进入水轮机工况后，泵出口的逆止阀迅速关闭，管中压力上升，出水管中的高压使水流入空气罐中，使罐内空气压缩，从而减小管道中的压力上升。为防止管道中产生过低的压力，入流量和出流量相等时差压孔口水头损失比值应控制在2：5：1左右。 3.2进排气阀。长距离输水管道在开始输水、停止输水和流量调节及事故停泵的不同工况下，需将管内空气排出或将管外空气补进管内，使压力管道系统不受气体、水锤负压等危害而安全运行的主要防护措施之一。可以把它的作用归纳为三方面：一是是管道发生水锤事故产生负压时，能及时的补充空气，不致负压过大而水柱分离；二是管道在运行情况下，能随时排出水中逸出的气体，避免气体的聚集、扩散而使输水量下降、管道漏水或引发气爆型水锤；三是空管道充水时及时排除管内空气，以免产生气阻而引发启泵水锤。 3.3单向调压塔防护。单向调压塔是一种用于防止产生水柱分离的经济可靠的防护措施，常设于容易产生负压的部位。这种调压塔由一个水塔与辅助支管、阀件等组成。水塔通过逆止阀与泵站主管道相连接，逆止阀的启闭由出水管道的压力控制。水泵起动时，逆止阀处于关闭状态，并补水管立即向水塔充水：当水位达到正常水位后，补水管出口的浮球阀关闭，自动保持塔里面的水位。非正常的停泵后，当出水管道压力下降到调压塔正常水位以下时，逆止阀将会迅速打开，通过辅助支管向主管道进行补水，防止管道因压力降低而产生水柱分离的现象，也很大程度降低了调压塔的高度。但是在实际应用工程中如果应用单向调压塔防护时应注意两点：（1）调压塔对于出水管道的保护范围是有限的，一般是相当于塔内最高水位以下的管道部分。如果在此高程以上的管道还可能产生水柱分离，则应根据管道的纵断面及最低压力线情况装设两个或多个调压塔。（2）补水后，调压塔应能迅速充水，准备下一次动作。因此，补水管应设计有足够的直径，水塔顶端的球阀应动作可靠。 3.4其他防护介绍。在常用的水锤防护措施中还有防爆膜、止回阀加旁通管、水锤消除器等几种，接下来将分别作简单的介绍。 1）防爆膜。防暴膜是在需要保护的管道上用一支管连接，并在其端部用一塑性金属膜片密封，当管中升压超过预定值时，膜片爆破，泄掉一部分高压水，以保证主管道的安全，起到水锤防护的效果。一般用于小流量、高扬程的泵站，作为其他防护措施的后备保护。2）惯性飞轮。在水泵机组主轴上增设惯性飞轮是为了加大水泵机组转动部分的转动惯量，以延长水泵机组的正转时间，有效避免管路中流速和水压的急剧降低、改善水锤压力猛烈波动状况，从而在一定程度上消弱了负压，防止了水柱分离现象的出现。3）止回阀加旁通管。对管线纵断面有凸部系统，水柱分离通常在某一凸部附近形成，且气穴会在一定范围内逐渐向高处波及，形成气穴流，当管路水流发生倒流后，气穴体积将迅速减小直至溃灭，产生很高的水柱弥合水锤，如能在水柱分离段的末端布置一逆止阀和旁通管，则可减小水柱弥合的升压和减小下游其他部位的水力波动。4）水锤消除器。水锤消除器实际上是具有一定泄水能力、并适合于泵站停泵水锤压力变化过程的安全阀。 4.新型水锤防护设备 以往防止水锤的办法是在压力管道上设置调压水箱、空气室、爆破膜片、水锤消除器、机组装设飞轮等。这些办法都可以在不同程度上防止水锤，但是它们普遍存在着占用厂房面积大，土建工程投资大的问题，而且运行不方便，目前可应用一些新型水锤防护设备。 4.1液控缓闭蝶阀。该阀在断电时可按预定的时间和角度，分快、慢二阶段关闭，能有效地降低管网中压力波动，消除流体在管网中的水锤危害，控制水泵反转，从而保证水泵和管网系统的安全可靠运行。 4.2缓闭止回阀。目的该类阀门有重锤式和蓄能式两种，可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。缓闭止回阀克服了普通止回阀的缺点，具有如下特点：（1）泵启动后阀门能及时迅速打开。（2）正常运行时，要求阀瓣有尽可能大的开启角，并能稳定在全开位置。（3）停泵时阀门有优良的关闭特性，在突然停泵时既能阻止水倒流，保护水泵不致发生反转，达到保护水泵的目的；又能使其在关闭的最后阶段实现缓闭，减少突然关闭造成管路中的水锤，达到保护管路的。 5.结论 文章通过分析水锤形成原因，有针对性地提出了切实可行的水锤防护措施，如提出空气罐防护等，同时结合水锤防护的发展趋势，给出了未来水锤防护设备，以为同类工程提供参考借鉴。 参考文献 [1]柯勰,胡云进,万五一.缓闭式空气阀水锤防护效果研究[J].四川建材,2006,27（02）：74-75． [2]高润清.水锤的研究与防护[J].价值工程,2007,29（06）：101-103． [3]毕延龄.输水系统的水锤及水锤防护[J].建筑技术通讯(给水排水),2011,31（02）：46-49．