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带远距离输水管道的大型泵站水锤防护措施

带远距离输水管道的大型泵站水锤防护措施X

贺建平

(神华准格尔能源有限公司,内蒙古鄂尔多斯　010300)

摘　要:具有远距离输水管道的大型泵站因开泵、停泵、开关阀门等扰动因素,使管道中水的流速、流量发生急剧变化,会引起水锤效应。水锤效应对泵站及管道具有极大的破坏性,对泵站和管网的安全平稳运行是十分有害的,本文结合神华准能小沙湾水厂加压泵站的生产运行情况,对具有远距离输水管道泵站水锤效应的产生和防护进行了探讨。

关键词:大型泵站;远距离输水管道;水锤;防护

随着我国西部大开发宏伟战略的实施,西部工业将得到迅速发展,城市居民和工业用水量逐渐增加。为确保供水,跨流域调水和远距离输水系统将越来越多。这类取水泵站往往建在大江、大河和有充足水源的湖泊、水库岸边,输水管道长且沿地形铺设。当地形起伏时,输水管道会出现上坡、下坡;当管道穿越河流、堤防、铁路等障碍物时,又往往会出现局部凸起或凹下的管段。此类泵站由于水泵的扬程高,输水管道距离远,在泵站的设计和运行管理过程中防止水锤现象的发生,极其重要。本文结合小沙湾水厂加压泵站的生产运行情况,对带有远距离输水管道泵站的停泵水锤现象及水锤防护措施进行了一定探讨。

1　长输水管道系统停泵水锤事故分析

1.1　系统概况

小沙湾水厂加压泵站,由四台KS2340-197型中开式单级双吸离心泵水泵供水,出水管道并联后由两根直径为U800mm、长9.2Km的输水管道向高位水池供水,是带远距离输水管道的供水系统。水泵的流量为2340m3/h、扬程为197m。泵站出水管道的中心标高为海拔1081.95m、高位水池的标高为海拔1255.55m,管道随地形就势铺设,所以存在明显的局部突起和凹陷。

1.2　水锤产生的原因

水锤是一种形象的说法、它是指给水泵在起动和停车时、或者由于开关阀门过于快速,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水泵停机,水流对阀门、管壁及泵体会产生一个压力。由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,水力条件突然变化,从而引起压力急剧升高和降低的交替变化,并产生破坏作用,这就是水锤。

1.3　水锤的分类

根据水锤现象的产生原因可分为:关(开)阀水锤、启泵水锤、停泵水锤;根据发生水锤时管道内水流状态又可分为:不出现水柱中断水锤和水柱中断再弥合水锤。在泵站的运行中发生水柱中断再弥合这类水锤的破坏力最大。

2　小沙湾水厂为防护各种水锤的发生采取的措施2.1　防护关(开)阀水锤的措施

停泵后,水流从正向流动到逆向流动,在理论上有一个零流量点,即瞬时水流静止,若此时阀门迅速关闭,水流的惯性冲击最小,即产生的水锤最小。但实际上由于许多因素的存在,不可能将零流量点出现的时间确定的很准。另外阀门关闭需要一段时间,在零流量点完成阀瓣关闭是不太可能的。所以防护发生关(开)阀水锤的最有效的办法,是适当的延长关(开)的时间。小沙湾水厂加压泵站机组是大流量、高扬程的离心水泵,为避免发生关(开)阀水锤,在水泵的出口安装了液控止回蝶阀,阀门分两阶段关闭

　2009年第22期内蒙古石油化工X收稿日期:2009-07-28

作为闭路和止回的阀门。本阀靠液压驱动开启,靠重锤势能关闭,启闭灵活可靠。该阀安装在泵后,取代了传统的管路设计中以闸阀配止回阀的关闭和止回方式,且流阻系数仅为上述两台阀门流阻系数的30%。阀门关闭时,液控装置分快关、慢关两个阶段:前60°为快关,后30°为慢关,根据工况不同,可调节快慢关时间和快、慢关切换角度。

2.2　启泵水锤的防护

根据小沙湾水厂加压泵站的运行状况分析总结,防护启泵水锤的有效方法有两种,一是排除管道内的空气使管道充满水,然后再启泵。小沙湾水厂在管道铺设时,在凸起管段上安装了八个自动排补气阀,这样在水泵启动后向管道内输水,管道内的空气能快速的排放出去,同时,在管道失水时能及时向管道内补气,很大程度地避免了管道内形成负压。二是在启泵时,适当开启水泵的出口阀门。为此,小沙湾水厂加压泵站在水泵的出口安装了电动蝶阀,在启动水泵时打开电动蝶阀的15%-30%,然后再开启水泵。根据调查,国内有很多大型泵站,在水泵出口阀门全开时启泵,发生了严重的水锤事故。

2.3　停泵水锤的防护措施

水锤事故中最常发生的就是停泵水锤,尤其是事故停泵,即运行中的水泵由于误操作、雷击或配电系统故障突然停电,导致水泵失去动力而停机。小沙湾水厂加压泵站采取了两种措施防护停泵水锤的发生,运行效果良好。

一是如上所述,在水泵的出口安装的液控止回蝶阀,在水泵机组事故停机、系统失电或蝶阀液压系统失压等紧急情况下,蝶阀事故关阀回路可自动接通,使蝶阀在重锤和动水力矩的双重作用下,按预定程序分两阶段关阀,从而避免管道内大量水体倒流,或使管道失压,同时防护水泵的反转速度超过水泵的飞逸转速。

二是在输水管道上设置了四座单向调压塔。小沙湾水厂输水管道长9.2公里,属于带有局部凸起的长输水管道系统,在事故停泵水锤过程中,产生水柱分离及其再弥合,诱发的最大水锤升压是导致水锤事故的主要原因。长管道系统,特别是有明显局部凸起的管道系统,其主要问题是管道中产生负压,进而导致水柱分离,水泵出口阀两阶段关闭对于防护水泵倒转倒流和管道的压力上升,具有较好的作用,但由于快关的作用,加速了初始的降压过程,由于阀门关闭所造成的压力降低与事故停泵初始的降压水锤波互相迭加,必将加剧管道中的水柱分离。另外,进排气阀对于水泵起动过程中迅速排除管道中空气具有显著作用,但对于防止水柱分离,作用也不明显。对于小沙湾水厂这样的长管道系统,适宜采取单向调压塔进行水锤防护,这是因为:其一,当管道内压力降低至一定值时,单向调压塔可以给管道补水,防护产生负压而不会发生水柱分离;其二,在单向调压塔与输水主管相连的短管上安装有逆止阀,防止水逆向由管道流入塔内,因此可以减小调压塔的高度。调压塔向主管补水后,由另外装设的与浮球阀相连的补水管道对调压塔充水,使塔内水位达到预定的高度,以保证下一次补水的压力与容积。

单向调压塔设置时要满足三点要求,其一要求调压塔有足够的容积,以供给防止主管内产生负压进而发生水柱分离所要求的补给水量;其二是单向调压塔的最低水位应有足够的压力,可以给主管补水,最高水位应既有足够的补水量,又保证调压塔结构经济合理;其三,补水短管在补水过程中靠水体重力能够保证其补水的速度。

3　结论

对于带远距离输水管道的泵站,其停泵水锤事故的主要原因是在事故停泵后的降压过程中,管道出现负压而导致水柱分离,在升压波到来时,被分离的水柱再碰撞而诱发的巨大水锤升压,即所谓的“水柱分离及其再弥合”现象。小沙湾水厂采用单向调压塔防护输水管道系统停泵过程中产生“水柱分离及其再弥合”现象,具有良好水锤防护效果的技术措施。

[参考文献]

[1]　GB/T50265-97泵站设计规范.

[2]　刘竹溪,刘光临.泵站水锤及其防护[M].北

京:水利电力出版社,1988.

54内蒙古石油化工 2009年第22期　

长距离输水管线水锤防护案例分析

长距离输水管线水锤防护案例分析发表时间：2019-05-28T15:55:26.500Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：马晓未 [导读] 我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。河北省水利水电勘测设计研究院摘要：长距离输水管线的水锤防护分析主要包括事故停泵以及提升泵站启泵时的管线水锤防护。输水管线的水锤防护方案有多种选择，但对于长距离输水管线，选择一个积极有效的水锤防护方案以抵抗瞬时产生的压力是一个很大的挑战。结合实际工程，论述了长距离输水管线水锤防护的建议以及水锤防护装置的防护效果，可供类似工程参考借鉴。关键词：长距离输水管线；水锤；水锤防护我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。当输水管线的稳态条件发生变化时，例如水泵断电、水泵开启或者是阀门关闭时，都会产生水锤现象。输水管线的水锤分析以及防护方案的选择，应在输水工程设计阶段完成。如果没有首先建立瞬态的水力模型，水锤对输水管线的影响将会很难被预测。因此笔者针对我国长距离输水管线工程的现状和特点，选取了平坦地区和大坡度长距离输水管线2种典型工程实例论述了输水管线的瞬态水力分析以及水锤防护建议。 1水锤的原因 1.1管材与施工质量影响传统供水管道材质通常情况下，都是灰口铸铁管。此种管材不仅具有非常大的脆性，而且整体强度比较低，这就导致管体组织疏松，无法消除气孔。给水管道使用期间，不仅受到横向受力，也会受到外力振动，这就使得给水管道需要承受很大的应力，久而久之，就会出现纵向破裂。我国老城市供水管道铺设已有五、六十年，管道材质老化严重，导致管道爆漏多。在施工时，由于沟槽开挖未能达到标准、管道焊接和施工人员的个人问题也会造成水锤的隐患。 1.2应力作用应力是由覆土压力、水压、温度变化、不均匀沉降等产生的环向拉应力、环向弯曲应力、温差纵向拉应力、纵向弯曲应力或承口开裂应力。（1）水压轴向应力：σ水压=μ·σh???σh=PD/2σ （2）温变产生的轴向压力：σ温变=E·α·（t1-t2）（3）不均匀沉降产生的压力：σb=ii·Mi/Wi （4）许用应力：［σ］=K·φ·σs 地基沉降应力和温变应力是造成管道爆漏的主要应力因素。 1.3气囊与水锤水力学分析表明，管道输水期间，因为管道并不是真空，因此水并不是连续的，相同介质的流体。如果给水管道运输距离比较长，则水流速设计通常都不会太大，此时管道中的空气同城都是以气囊形式集中在管子上部。如果管道起伏比较多，气囊通常位于管道凸起点，而如果给水管道起伏不大，则气囊存在着形式就比较分散。如果水流倒流，管道中的空气可能会由于负压出现，水蒸气而随之流动，很多气体由此被压缩到管道顶部，而受到水流影响，最后分成一个个气囊，气囊在管道中不断运动，使得管道内部出现了比较强烈的压力振荡。管内压强不断提升，管壁持续受到冲击，一旦超过管材承受能力，管道就会损坏。压力变化值：?P=ρ·c·（?v） ?P—-压力升高值???????????ρ—-水的密度 c—水击波传播速度??????????v—水流速度变化值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。水锤效应只和水本身的惯性有关系，和水泵没有关系。 1.4腐蚀硫酸盐还原菌是厌氧腐蚀的诱发根源，微生物往往是局部附着。金属的表面所被附着的部位难以与氧气接触，进而产生氧浓差电池致使附着物下面的金属被强烈地腐蚀。与此同时，好养细菌在代谢作用的过程中也会消耗大部分的氧气而造成氧浓度差异，进而也产生氧浓差电池。耗氧量大的区域相对于其他区域而言为阳极，使得集体产生局部腐蚀，阴极去极化作用则是腐蚀中的关键步骤，相关腐蚀反应式为：硫酸盐还原菌阴极去极化作用公式为： SO42-+8H→S2-?+4H2O 腐蚀反应产物：Fe2+S2-→FeS 腐蚀反应产物：3Fe2++6OH--→3Fe（OH）2↓ 总反应式：4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe（OH）2+2OH- 通过硫酸盐还原菌活动所产生的硫化亚铁、硫化氢以及细菌氢化酶为阴极反应提供所需的氢，并决定了阴极去极化与金属腐蚀的速率。 2水锤实例分析与处置 2.1某市水锤事件分析 2010年11月，位于山海关古城内，1995年铺设的铸铁管DN300配水管网暴漏。原因分析：经现场查看，多数管网是由于管网年久老化以及管材材质脆裂和气候环境变化后地面下沉导致了该管网断裂。 2012年10月，由山海关向啤酒厂的城市供水管网PE管材DN500发生突发暴漏。经现场勘察，是由于管网附近有施工队伍施工，在不了解地下设施情况盲目施工，导致用挖掘机挖土方时触碰到管网，造成管网损坏。原因分析：上述暴漏属于人为造成，因施工方未按照城

长距离输水管道设计中应注意的的重要问题

长距离输水管道设计中应注意的重要问题［摘要］长距离管道输水是解决水源分布不均衡的有效措施之一。目前，长距离输水管道设计中存在着诸多问题。在保证安全性的前提下，应进行合理选材、管路设计、管道防腐、沟槽支护、等，同时要符合经济性的要求。本文就长距离输水管道设计中应注意的问题进行了讨论。［关键字］长距离输水管道管路设计优化一、输水管道系统设计区域供水是一个系统工程，在满足主要供水目标100%供水量的同时，需要对途径的水源匮乏地区进行给水分流，确保供水效率的最大化。现代长距离输水管道多采用双管供水，在其中一条管道出现故障时，另一条管道作为备用，以满足70%以上供水量的要求。二、输水方式选择综合考虑当地的自然环境和社会经济条件，在保证水质和水量的前提下，选择合理的长距离输水方式。早些年的输水工程，大多利用天然地形，采用明渠（槽）开挖的形式。随着全球气候的变化，生活污水和工业污水对环境的污染日益严重，明渠（槽）以及天然河道输水不仅不能保证给水量，同时在输送途中也易受环境的污染。因此，现代输水工程多采用长距离封闭式的专用管道输水模式。输水方式分重力流和压力流两种，在地势条件允许的情况下，应充分利用自然水头，尽可能采用能耗更低、更经济的重力流输水模式。对于不得不采取压力流的情况，应进行管道水锤防护设计，确保管道不会因内部压

力骤变而损坏。三、管线选择输水管道担负着将源水送往城市的输水任务，管线长，投资大，因此，在选择管线时应根据下列原则确定： 1、是应尽量做到线路短、起伏小、土石方工程量少、造价经济、少占农田或不占农田； 2、是管线走向的位置应符合城市规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护； 3、是尽可能地减少拆迁； 4、是应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区； 5、是管线应充分利用水位高差，当条件许可时优先考虑重力流输水； 6、是管线应考虑近远期结合和分期实施的可能。四、管道材料的选择及保护长距离输水工程大口径管道的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋砼管(PCP)和预应力钢筒砼管(PCCP)、玻璃钢管等，下面就这几种管材分别论述： 1、钢管钢管应用历史较长，范围较广，它的强度高，管材和管件易加工，管厂建设周期短，特殊地段(如顶管、过河段)一般都采用钢管，但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，与水泥压力管相比，造价较高。大口

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长距离供水管线水锤防护措施发表时间：2019-04-28T15:33:29.030Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：张楠楠邸海龙 [导读] 摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北秦皇岛 066004 摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。由于长距离输水工程管线长，管道起伏大，要求输水保证率高，因此工程的安全运行问题越来越受到科研、设计、施工及运行管理人员的重视。本文结合水锤特征，根据长距离输水管道系统的特点，提出有效的水锤防护措施。关键词：长距离；输水系统；水锤防护我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。在长距离输水工程中，对加压供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。由于泵站工程在国民经济建设中作用重大，其安全经济运行也备受人们重视。 1 水锤定义及特性 1.1 水锤定义在有压管路中流动的液体，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵或水轮机组突然停车等）使得液体流速发生突然变化，并由于液体的惯性作用，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锤。 1.2 水锤特性水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。由于管壁具有弹性和水体的可压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。水击波传播过程中，在外部条件发生变化处均要发生波的反射。发射特性决定于边界处的物理特性。 2 长距离供水管线水锤防护的必要性 2.1 水锤产生原因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。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。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。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。 2.2 水锤危害在长距离输水工程中，水柱弥合水锤的危害较大，输水管道的流速变化是经常出现的，管道中水流速度变化时，致使管道中水压力升高或降低，在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将产生强烈的撞击，从而导致管道中的水压力升高，继而形成断流弥合水锤。弥合水锤升值很大，在实验装置观测到的竟达到工作压力的2-4倍，因此对输水安全性的危害很大。 3 水锤防治方法 3.1 缓闭止回阀缓闭止回阀是止回阀的一种，它是通过缓闭作用来进行水锤防护的。理论和实践证明目前性能较好的是水泵控制阀和液控蝶阀两种。对于较小管径使用水泵控制阀较好；中等管径两种阀门各有千秋；较大管径一般说来液控蝶阀技术优势更大。缓闭止回阀装设在水泵出口处，其口径与水泵出口口径一致。高扬程多起伏输水管道，尤其出现管道局部断流时，水流回冲流速较大，缓闭止回阀快慢二阶段关闭角度的确定更为重要。因此，较重要的工程应该经过水锤计算确定其工作参数，缓闭止回阀选用的公称压力等级也应经过计算确定，以增强安全可靠性。 3.2 双向调压塔双向调压塔是一种兼有注水与泄水缓冲的水锤防护设备，其设置的主要目的是：防止压力输水干管中产生负压，一旦管道中压力降低，调压塔迅速向管道补水。当管道中水锤压力升高时，它允许高压水流入调压塔中，从而起到缓冲水锤升压的作用。双向调压塔结构简单，工作安全可靠，维护工作少，防护效果好。但是造价高，地形和压力限制塔的高度，水质易受污染以及防冻问题阻碍了双向调压塔的使用。 3.3 箱式双向调压塔箱式双向调压塔完全具有普通双向调压塔的优点，且克服了超压泄压阀存在的拒动作和滞动作等问题，使管道泄压迅速及时，安全程度大幅度提高；当管道内出现负压时，该调压塔可迅速向管道内补水，以防止水柱拉断产生断流弥合水锤。在水锤防护性能上几乎完全等同于普通双向调压塔，而且其高度可大幅度降低，一般仅2m～5m即可，从而提高了双向调压塔的使用范围，大大降低了工程造价，对于长距离高扬程多起伏管道是一种安全可靠的水锤防护措施。 3.4 进排气阀和超压泄压阀对于高扬程多起伏长距离输水管道，工况较复杂对水锤防护要求较高，应采用具有恒速缓冲功能的排气阀。恒速缓冲排气阀是恒速排气，既能保证管道中气体及时排出，又使气体在管道内起到一定气垫的作用，在排气结束时又具有缓闭功能，对消减断流弥合水锤效果明显。 3.5 其他防护措施在水泵汇水总管处装空气罐，但通常空气罐体积较庞大，对于高扬程的输水系统在压力变化范围较大时不宜使用。在管道上装止回阀，可将管道中水柱人为地截成数段，从而减小每段的作用水头，但浪费能耗，管理维修麻烦，实际工程中很少采用。

长距离重力流输配管网水锤防护探讨

长距离重力流输配管网水锤防护探讨发表时间：2016-05-28T12:28:47.903Z 来源：《基层建设》2016年2期作者：王秉钧1 杨廷浩2 [导读] 1、2．中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430000 只有深入了解各种水锤防护装置的特性及其消锤原理，才能在对水锤进行详尽计算分析后根据水锤压力变化的特点及经济条件合理选用。王秉钧1 杨廷浩2 1、2．中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430000 摘要：目前，我国长距离大型重力流输水工程越来越多，随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。长距离有压重力流输水管道中易发生水柱分离与断流弥合水锤，并造成严重的水锤危害。管道系统水锤防护问题，作为输水管道安全运行的重要课题之一，是很有必要进行深入研究的。在长距离输水管线中，尤以多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤事故最多。实际工程更需要这方面的技术，根据输水系统的实际特点，设计合理、有效、经济的水锤防护措施。关键词：市政输配水管网；重力流；水锤防护目前，我国许多大中城市尤其是北方城市由于当地水资源缺乏，不能满足国民经济迅速发展和人民生活水平不断提高对水的需求，必须兴建长距离调水工程，以缓解水的供需矛盾。重力流管道输水方式因其具有可随地形条件铺设，对地质条件要求不高，渗漏损失小，能保证输水水质，施工方便，造价较低，管理方便等优点，常作为设计者优先考虑的方案。因此长距离重力流输水管路的水锤防护技术分析，不仅对供水工程的设计提供科学依据，而且对指导供水工程的安全运行也具有十分重要的意义。重力流输水管水锤防护分析输水管起末端的高度差越大时，有压重力输水的可利用水头就越大，当确定输水设计流量时，输水管管径越小，投资越少，输水管流速越大，运行时可能引起的水锤升压就越高。有压重力输水在以下三种情况需消减富余能量[4]：（1）当可利用水头过大，管中流速超过3m/s或超过水锤计算所确定的最大流速时；（2）起端（如水库等）水位变幅较大时；（3）低于设计流量运行，输水管下游管道因压力增加较多，不利于安全输水时。第一，三种情况减压装置常设在输水管的中下游；第二种情况常设在输水管中上游；第一，三种情况设置的减压阀对输水管还具有较好的水锤防护和减少漏失水量的功能。多起伏以及落差较大的“U”字形重力流管路系统是否需要减压和分几级减压，主要取决于输水管总落差的大小和管道的承压能力。落差越大，管道允许承压能力越低，需要设置减压的级数就越多。针对重力流管路系统，降低管材承压等级、减少工程造价，并预防水锤的发生是重点；消减关阀水锤，将借助于缓闭蝶阀和减压措施，防护管道某些部位可能产生水柱中断，以及断流水锤升压，减少爆管事故；对于较平坦的管路系统，主要以减压恒压阀为降压措施，用恒速缓冲排气阀及时排出管道气体，预防断流弥合水锤，避免气水两项流的发生。各类水锤防护方法的技术分析消能减压防护技术分析静水中是具有压力的，作用在单位面积上的静水压力为静水压强，它随水的深度增加而增加。静水压强的大小，是相对于大气压而言的。输水管道内作用在管道内壁的静水压力，在与大气相接触时，即在瞬间，静压能量以其他方式转化消耗，此时视管道内液体与大气接触面的相对压强为零，即消能构筑物必须有与大气相连接的装置，并且要达到简单和保证饮用水供水安全的目的。输水管道内除去只与水深有关的静水压强外，还存在动水压强，它不仅与该点的空间位置有关，还与水的流动有关。重力输水管管径按充分利用作用水头选取，故在设计流量工况下运行时无剩余能量，在流量低于设计流量下运行时，水头损失减少，重力流输水管路就有了富余能量。在安装减压阀的系统中富余能量的大部分由减压阀自动消除，使管路末端压力减轻[7]。安装减压阀利于管道安全运行和降低维修成本。根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规范》可知，减压阀出口恒压值根据最大设计水量水压线调整出口压力值，可实现在最大设计流量时不减压消能，而仅消减小流量运行产生的富余能量。关阀水锤防护分析减压恒压阀防护重力流输水管道因阀件及管道接头等漏水、管道爆裂、下游系统正常保养等原因需停运时，绝大多数采用关下游出口阀门的方法[7]。由于阀门阻力系数在匀速关阀过程中不是均匀增加的（一般是在关阀前60°~70°增大不多，对流量减少也不大，但在以后的20°~30°则突然增加），故极易造成很大的关阀水锤。管道长度越大，阀门阻力系数值对流量的影响越小，越易造成最后突然关阀时流量最大。而重力流输水管安装减压阀后，受影响管道长度减小，水头变化减小，可见减压阀对水锤防护作用极大。缓闭蝶阀防护关阀水锤防护最简单有效的方法是延长阀门关闭的时间，选择可控制的两阶段关闭蝶阀。就某一种管道安装情况来说，应考虑几种可能的解决办法，这些方法包括：在阀门处布置旁通管；对阀门最后15%~20%开度提供缓冲保护；采用双速（两段式启闭）阀门。延长阀门关闭（或打开）时间，可以将水锤压力控制在一定范围内，这对大型阀门是简单易行的。对于长管线来说，按照控制水锤压力反算的阀门关闭（开启）时间往往较长，达到5min~10min甚至更多，同调度运用灵活性要求构成了矛盾。因此，对长管道的水锤危害问题应进行专家分析，采用组合方案。缓冲排气技术分析长距离输水管路的高点处或膝部，由于很多原因常常会聚集大量气体，引起管道气堵，甚至水流中断；或者发生水柱分离水锤，形成液体局部汽化空腔（蒸汽腔）。为了保护管路，沿管路必要处可设置进排气阀。根据气液两相流态分析，造成管道排气困难及爆管水阻增大等现象的主要是段塞流，故工程实践中均利用恒压缓冲排气阀能满足管道中水气相间条件下能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。根据国外相关技术资料和国内近年来的工程实验，输水管道上排气阀的布置方式为管道坡度小于1时，每隔0.5km~1.0km设一个，每个排气阀都设在该管段的最高点，当多起伏管道时，可根据其起伏高度分析是否需要增加，必要时进行相应的水力计算。

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

长距离输水水力计算

长距离输水管道水力计算公式的选用 1．常用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1）谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2）海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3）式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：表1 各规范推荐采用的水力计算公式

4．公式的适用范围： 3．1达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000

高扬程大起伏地形长距离输水工程水锤防护实例研究

高扬程大起伏地形长距离输水工程水锤防护实例研究针对我国某长距离压力输水工程，通过不同防护设备方案比选对管道进行水锤防护实例研究。结果证明，在高扬程大起伏地形长输管线中，以空气阀作为必备的基础防护措施，合理设置抗水锤气压罐可有效保证高扬程大起伏地形长距离输水工程的管道运行安全。标签：压力长输管道；高扬程；大起伏地形；水锤引言长距离输水工程作为一种解决缺水地区水资源问题的重要方法，已在多处地区使用，但长距离有压输水管道中水锤现象经常发生，尤其高扬程大起伏地形长输管线更易产生水锤，由此造成的损失及伤害不可估量。因此，现针对高扬程大起伏长距离输水工程的特点进行水锤防护实例研究。 1 工程概况某长距离压力输水工程全长13km，最大落差135m，蓄水池水位515m，吸水前池水位512m。管线起伏大，高点处易发生断流空腔水锤及断流空腔再弥合水锤。稳态计算结果管线建议承压能力为1.0～2.8Mpa，如图1所示，经分析，全线自由水头均在承压范围之内。 2 水锤防护方案的对比研究本工程实例中主要采取两种水锤防护方案，单向调压塔方案和抗水锤气压罐方案（以下简称“气压罐方案”），这两个方案均以空气阀为必备基础防护措施。首先，在无任何水锤防护措施的情况下，根据电算成果绘制出此工况下的压力包络线，全线多处出现负压，如图1所示。图1 管线无水锤防护压力包络线图2空气阀位置图根据该工程扬程高、落差大等特点及以往工程经验，为了水锤防护及通水，在管线坡峰处设置三级缓排式空气阀，在管线起伏不大处设置复合式空气阀作为水锤防护基础措施。本工程共设置复合式空气阀10处，三级缓排式空气阀7处。由图2分析可知，复合式空气阀及三级缓排式空气阀不能有效缓解管线负压问题，当发生停泵水锤时，整个输水管路沿线仍多段出现水柱拉断现象，不满足水锤防护计算要求，需增加水锤防护设备，以保证管线安全运行。 2.1 单向调压塔方案

管道水锤破坏的消除措施

管道水锤破坏的消除措施 [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。

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．

高扬程长距离输水管线水锤分析与防护措施-90806

高扬程长距离输水管线停泵水锤分析与防护安荣云1陈乙飞2 （1 上海理工大学城市建设与环境工程学院上海200090；2 深圳市华力大机电技术有限公司深圳518034）摘要：借助surge2008软件，结合某实际工程，得出了停泵水锤综合解决措施。结果显示，对于长距离加压输水管路系统而言，止回阀的关阀方案、弥合水锤的针对性防护措施以及水击防护阀的功能和口径选择是非常重要的。关键词：水击泄放阀、断流弥合水锤；数值模拟；水锤防护；注气微排阀近年来，长距离翻山越岭的输水项目越来越多。这些扬程高、距离长、管线多起伏的加压输水管线系统，瞬态水力特性比较复杂，泵站与管线的水锤综合防护是一个值得研究的重大课题。近几年，笔者参与了多个此类工程的水锤分析和现场调试，积累了一些经验和看法，在此与大家共享。 1 工程概况南方某长距离输水工程总设计流量0.07m3/s，管长总长约22km，采用DN300的钢管进行单管输水，水锤波速为1171.6m/s。水锤相A65#节点发射μ1＝7454×2/1171.6＝12.72S；或A114#节点发射μ2＝12242×2/1171.6＝20.9S。吸水池水位339 m，水泵200m @ 70L/S一台；最高节点A065高程493米（7454米处）；次高节点A114高程483.8米（12242米处）。止回阀处最大静压：ΔZ＝493-340＝153m。末端节点A186标高363m; 末端水池水位365.8m。由末端调节阀调节系统流量，使水泵和管线工作在设计状态，结果形成末端余压102m，需要减压调流，还需要分析计算末端调节阀的开阀水锤和关阀水锤，以及可能的调节水锤，限于篇幅，本文不讨论这个也需要认真对待的比较复杂的技术问题。经调节后管路系统的稳态水力坡度线如图1所示。流速V=0.9m/s，水力坡度i=3.05‰。请注意图1 所示的节点编号。 2. 瞬态水力分析 2.1 数值计算求解方法水锤模拟计算软件为美国KENTUCKY大学的surge2008，水锤波的特征方程为基于弹性水柱理论的两个基本方程：