周光明 周藝蕾

(江西省化學工業(yè)設(shè)計院，江西 南昌 330002)

一、水錘現(xiàn)象

在壓力管流中因流速劇烈變化引起動量轉(zhuǎn)換，從而在管路中產(chǎn)生一系列急驟的壓力交替變化的水力撞擊現(xiàn)象，稱為水錘現(xiàn)象。這時，液體(水)顯示出它的慣性和可壓縮性。

水錘也稱水擊，或稱流體(水力)瞬變(暫態(tài))過程，它是流體的一種非恒定(非穩(wěn)定)流動，即液體運動中所有空間點處的一切運動要素(流速、加速度、動水壓強、切應(yīng)力、密度等)不僅隨空間位置而變，而且隨時間而變。

水錘現(xiàn)象的延續(xù)時間雖然短暫，但它會造成嚴重的工程事故，如因停泵，在管路中產(chǎn)生水柱分離與斷流彌合水錘，則其破壞力更為嚴重。

二、水錘的危害

在安裝有離心泵的水泵房中，因突然事故斷電或其它原因而突然(開閥)停泵時，則在壓水管內(nèi)首先產(chǎn)生壓力下降，隨后視流速大小及管路系統(tǒng)情況產(chǎn)生程度不同的壓力上升，即停泵水錘，嚴重時，將造成災害。

泵站中發(fā)生水錘事故的現(xiàn)象是較為普遍的，其中以地形復雜，高差起伏較大的我國西北，西南地區(qū)尤為突出。根據(jù)各地區(qū)200次以上有記錄的水錘事故調(diào)查可看出，泵站中多數(shù)水錘事故的結(jié)果是：輕則水管破裂，止回閥的上頂蓋或殼體被打壞大量漏水，造成暫時供水中斷事故；重則釀成泵站被淹毀，泵船沉沒等嚴重事故。個別的，還因泵站水錘事故，造成沖壞鐵路路基，損壞設(shè)備，傷及操作人員造成人身傷亡等次生災害。

水錘在小區(qū)供水泵房或二次加壓泵站也常有發(fā)生。此外，在高層建筑中，由于建筑高度高，水泵揚程高，水泵開停自動控制，經(jīng)常發(fā)生水錘，產(chǎn)生巨大的水錘噪聲，并經(jīng)常爆管漏水。

三、產(chǎn)生水錘的條件

停泵水錘是在某一特定的條件下產(chǎn)生的，《美國給水工程協(xié)會會刊》(Journal A.W.W.A.)發(fā)表的一篇報告中，提出了下列12個問題，用來判斷水錘的嚴重程度。

1.在壓力輸水管的縱斷面圖中，有無任何“駝峰”或“膝部”狀升高點，當水泵機組突然事故停泵后，在該點處能否產(chǎn)生水柱分離與斷流彌合水錘現(xiàn)象；

2.壓力輸水管的長度是否大于水泵揚程的20倍；

3.壓力輸水管的最大流速是否超過1.2m/s；

4.管材的安全系數(shù)以正常工作壓力計算，是否小于3.5；

5.突然事故停泵后，管道中的連續(xù)水柱是否在短于一個水錘相u的時段內(nèi)停止前進并開始倒流；

6.水泵出口所設(shè)的普通止回閥是否在短于1u的時段內(nèi)關(guān)閉；

7.有沒有在5秒內(nèi)開啟或關(guān)閉的自動閥門；

8.如果允許水泵機組以飛逸轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)，機組會不會損壞；

9.水泵會不會在出水閥門完全關(guān)閉前停車；

10.水泵會不會在水閥門開啟的情況下啟動；

11.在供水系統(tǒng)中，有無同所研討的水泵站運行情況有關(guān)的加壓泵站；

12.在水泵及管路中，有沒有任何快速關(guān)閉的自動閥門，會在需要它動作時失靈。

該研究報告提出：如果上例(1)-(7)問題都得到肯定的回答，那就很可能產(chǎn)生嚴重的水錘，如果上列12個問題中，有2個或更多問題得到肯定的回答，就可能產(chǎn)生水錘，肯定回簽的數(shù)目愈多，水錘也就愈嚴重。

四、停泵水錘的防護措施

目前已有多種防護措施來解決由降壓波開始的水錘升壓問題，其出發(fā)點多數(shù)是建立在對停泵水錘的早期防護上，大致可歸納為以下幾種類型：

1.排水(注氣)穩(wěn)壓型

通過向系統(tǒng)補水(注氣)，防止產(chǎn)生水柱分離或升壓過高的斷流彌合水錘，屬于這種類型的有調(diào)壓塔(池)，空氣罐(室)，進氣閥等。調(diào)壓塔(池)有雙向調(diào)壓塔(池)和單向調(diào)壓塔(池)，其中雙向調(diào)壓塔(池)一般用于大流量，低揚程的長管路系統(tǒng)，也可結(jié)合地形應(yīng)用于壓水管垂直上升的取水泵房中：單向調(diào)壓塔常設(shè)于管路中易產(chǎn)生水柱分離處；空氣罐(室)的設(shè)置不受地點限制，可防過高的升壓，適用于中小型砂站；進氣閥適用于各種規(guī)模管路系統(tǒng)在不可能注水(補水)或需要補進很大水量的場合下采用。

2.泄水降壓型

(1)停泵水錘消除器

停泵水錘消除器的類別，經(jīng)過多年來的變革，已有多種結(jié)構(gòu)形式在工程界使用。泵出口設(shè)普通止回閥，水不經(jīng)泵倒流，水泵突然斷電時，在管路中出現(xiàn)低壓的短促時段內(nèi)，消除器閥門迅速動作，呈開啟狀態(tài)，待回沖水流到達時，消降器對整個管路系統(tǒng)起著泄水降壓的作用。水錘消除器有下開式，自動復位下開式，自閉式，儲氣式等多種型式。

(2)緩閉止回閥

緩閉止回閥是止回閥的一種，它是通過緩閉的形式來消除水錘，允許水經(jīng)過水泵倒流，控制倒流流量。緩閉止回閥有旁通式，上阻式，側(cè)阻式，復合式等，適用于中，小型泵站及深井泵站。

(3)緩閉蝶閥(重錘蓄能式自閉蝶閥)

緩閉蝶閥是一種特殊的出水閥，這種閥在水泵啟動時能先慢后快地自行開啟；在突然停泵時又能自動先快后慢或以一定的慢速關(guān)閉。這樣，無論在啟閉水泵過程，或在突然斷電后的過渡過程中，它既能消除水錘，又不致使大量水流倒回。在功能上，它既具有水泵出水操作閥門的作用，又具有止回閥和消除水錘的作用，起到一閥三用之功能。目前，常見的是重錘蓄能式自閉蝶閥，對安全性要求較高的大型泵站，使用及消錘動作，效果良好。

(4)取消止回閥

在泵站出水管路上取消普通止回閥，對于消除停泵水錘是比較有效的方法，正常運行時電耗低。這種方式要求事故停泵后應(yīng)能盡快地關(guān)閉出水閥門，否則大量泄水，將給泵站及配水管網(wǎng)帶來不利影響，在給水二泵站中采用尚少。在給水一泵站中采用此法時，應(yīng)通過計算并處理好；防止水泵軸套退扣和機軸窗口竄動，確保供電系統(tǒng)保護裝置安全可靠，防止機組震動，減免大量水倒流回泄，是否增加水柱分離的危險等。

(5)設(shè)置旁通管

對水泵或普通止回閥設(shè)置旁通管，在加壓泵站中，對降低上游管路中壓力特別有效，旁通管上的閥門等必須定期維修，適用于中小型泵站。

3.其它類型

(1)快閉式止回閥

在不產(chǎn)生水柱分離的情況下，可采用逆流量為零時即快速關(guān)閉的辦法來減少水錘升壓，設(shè)備簡單，但阻力和電耗較大，還可能引起壓力上升，在大口徑管路中難以采用，適用于小型水泵裝置?？扉]止回閥有重錘旋啟式，彈簧旋啟式，彈簧升降式等。

(2)設(shè)置多級止回閥

在較長的輸水管路中，增設(shè)一個或多個止回閥，把回沖水流分成幾段，以降低水錘升壓，但不能消除水柱分離的可能性，正常運行中水泵電耗增大。

(3)裝設(shè)慣性飛輪

裝設(shè)慣性飛輪是為了加大水泵機組的轉(zhuǎn)動慣量，以減少停泵后水泵機組轉(zhuǎn)速的下降率，延緩機組開始倒轉(zhuǎn)的時間，這樣可以避免停泵后管路中流速的急劇降低。這種方法僅可用于臥式泵，管線太長時不宜用。

(4)爆破膜片

泵站壓水管上裝設(shè)金屬爆破膜片(鋁質(zhì)片、紫銅片等)，當管路中由于水錘升壓超過預定值時，膜片自行爆破，水流外泄，泄水降壓，消除水錘。該方法作為輔助性措施，一般不單獨使用。

(5)結(jié)合工程設(shè)計考慮

通過計算，對于水錘升壓不大，水錘可能性又較大的場合，可采用適當放大管徑，降低正常運行時流速，合理布置管道，以及局部加強管道耐壓能力等辦法。

五、水錘防護措施的選擇

停泵水錘防護措施的選擇應(yīng)考慮的因素有以下幾方面：

1.所選用的防護措施，應(yīng)與所處泵站及管路系統(tǒng)的規(guī)模，作用，對安全性的要求及技術(shù)(管理)水平等相適應(yīng)，并盡可能地選用技術(shù)安全可靠，經(jīng)濟合理，管理維修方便的防護措施。

2.在有可能產(chǎn)生水錘危害的情況下，應(yīng)早期防治。如在設(shè)計泵站及管路系統(tǒng)時，選定輸水管走向，選用水泵機組和管材，確定管內(nèi)流速等方面，都應(yīng)考慮采取消除或減輕水錘危害的措施。

3.根據(jù)具體情況，盡可能采用綜合性防護措施(幾種措施同時采用)，以提高防護功能的安全可靠性。

例一，某小區(qū)二次加壓供水泵房，水泵向高位水池供水，水泵總揚程92m(靜揚程60m)，l輸水管長1500m輸水管沿線地形復雜，起伏較大，水泵開停由高位水池水位自動控制。在選擇停泵水錘防護措施時，除在選泵，管道定線，管材，管內(nèi)流速等方面考慮外，在水泵房處采用緩閉止回閥與停泵水錘消除器相組合的辦法。另外，在輸水管道的“駝峰”處設(shè)進氣閥，在“低谷”處設(shè)安全閥。通過采取這些措施，有效地防止了水錘。

例二，某棟26層的大樓，原生活加壓水泵和空調(diào)循環(huán)泵壓水管上采用普通旋啟式止回閥，水泵自動開停，停泵時產(chǎn)生水錘，水錘噪聲嚴重影響大樓的住戶及工作人員，反映強烈。現(xiàn)將普通止回閥改為快閉式止回閥(消聲止回閥)，并加上Hydra-Rester水錘消除器，很好地解決了水錘噪聲的問題。

4.對防護措施的管理維護及操作等方面的要求，應(yīng)給予足夠的重視，國內(nèi)不少重大泵站水錘事故，都是由于對防護設(shè)備維修不善或失誤操作而引起的。

5.防護措施(方法)的選擇，必須與停泵水錘精確計算及分析互相配合，同時進行。