【摘要】就現(xiàn)階段來(lái)講，水錘現(xiàn)象屬于長(zhǎng)距離大管徑輸水管道工程中較為常見的故障問(wèn)題，一直以來(lái)都沒(méi)有受到工程單位的重視。為了保證供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須對(duì)長(zhǎng)距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)技術(shù)加以重視。文中在對(duì)水錘防護(hù)技術(shù)的作用和危害進(jìn)行分析之后，探討輸水管道氣水兩相流壓力的特點(diǎn)，并試著提出水錘防護(hù)的優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】長(zhǎng)距離；輸水管道；大管徑；水錘防護(hù)技術(shù)

1、水錘防護(hù)技術(shù)的作用

在對(duì)長(zhǎng)距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要經(jīng)過(guò)繁瑣的計(jì)算過(guò)程方可確定最佳的設(shè)計(jì)方案，也是因?yàn)樗N計(jì)算涉及的數(shù)據(jù)較多，計(jì)算困難較大，使水錘防護(hù)不利問(wèn)題成為長(zhǎng)距離大管徑輸水管道中較為常見的問(wèn)題之一，對(duì)工程質(zhì)量和使用性能的影響也是極大的。在泵站建設(shè)系統(tǒng)中將水錘防護(hù)不利的問(wèn)題作為泵站建設(shè)的首要問(wèn)題來(lái)看待，可見，水錘防護(hù)不利對(duì)工程造成的重要影響。

2、水錘防護(hù)不佳的危害

因水錘防護(hù)技術(shù)不佳所引發(fā)的事故類型有很多，且極具危害性，例如，水管破裂事故的發(fā)生會(huì)對(duì)周邊區(qū)域的供水系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，如果不能采用有效的措施進(jìn)行及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模區(qū)域的用水情況受到影響，為居民的生活帶來(lái)不便；水錘防護(hù)技術(shù)不佳造成的止回閥上頂蓋和殼體出現(xiàn)破損現(xiàn)象，此類問(wèn)題如果沒(méi)有特定的檢修維護(hù)機(jī)制很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)形成大量的水資源浪費(fèi)，對(duì)我國(guó)的資源利用率帶來(lái)一定影響，較為嚴(yán)重的情況還會(huì)使水泵站面臨被淹沒(méi)的風(fēng)險(xiǎn)。

3、長(zhǎng)距離大管徑平坦地區(qū)輸水管道的氣水兩相流壓力特點(diǎn)

針對(duì)平坦區(qū)域的長(zhǎng)距離大管徑輸水管道而言，從管道的充水階段到運(yùn)行階段水流可以呈現(xiàn)出六種流態(tài)，分別是層狀、波狀、氣團(tuán)狀、泡沫狀、段塞狀和環(huán)狀。其中的層狀和波狀僅在管道充水階段有所展示，而泡沫狀、氣團(tuán)狀和環(huán)狀均屬于過(guò)度流態(tài)，存在的時(shí)間相對(duì)較短，為此，段塞形態(tài)屬于平坦區(qū)域管道水流的常態(tài)。除此之外，段塞流態(tài)中還存在大氣囊形態(tài)的特例現(xiàn)象，但在實(shí)際運(yùn)行中這種形態(tài)并不常見，管道內(nèi)的水流還是以段塞流態(tài)為主。這就代表管道內(nèi)的氣體存在形式是以獨(dú)立氣囊的狀態(tài)為主，這樣才能形成段塞流態(tài)的水流。管道內(nèi)形成氣囊的大小與氣體含量、占水面積和管道內(nèi)經(jīng)的大小存在直接聯(lián)系。

在對(duì)相關(guān)資料和實(shí)際案例進(jìn)行研究之后可以發(fā)現(xiàn)，輸水管道中所產(chǎn)生的氣囊均會(huì)沿著管道頂部隨水流流動(dòng)，這種情況下，在管道轉(zhuǎn)彎的部位和閥門部門就會(huì)產(chǎn)生大量的氣囊聚集，在多個(gè)氣囊壓力的作用下極易產(chǎn)生壓力振蕩的現(xiàn)象。國(guó)外的相關(guān)資料顯示，當(dāng)管道內(nèi)的氣囊聚集壓力超過(guò)200mH2O之后，就具備了破壞管道的能力。因大管徑管道具備摩擦力小的特性，在地勢(shì)平坦的條件下，管道運(yùn)行產(chǎn)生的壓力較低，致使出現(xiàn)突發(fā)情況立即停泵時(shí)，管道內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓情況，此時(shí)的管道末端很容易出現(xiàn)水柱中斷的現(xiàn)象，這也是導(dǎo)致斷流彌合水錘的主要原因之一。為此，對(duì)于長(zhǎng)距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)工作需要以管道氣囊振蕩、氣爆水錘防護(hù)和斷流彌合水錘方面展開。

4、長(zhǎng)距離大管徑平坦地區(qū)輸水管道水錘防護(hù)措施

針對(duì)以往的輸水管道水錘防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究之后總結(jié)出以下幾個(gè)措施，針對(duì)管道中的氣囊壓力問(wèn)題和斷流彌合水錘問(wèn)題可以利用恒速緩沖排氣閥的排氣功能對(duì)管道內(nèi)的氣壓情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；在水泵的出口位置安裝止回閥；根據(jù)管道內(nèi)部的氣壓情況和水流情況在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b超壓泄壓閥。下就針對(duì)幾種水錘防護(hù)設(shè)備的具體安裝設(shè)計(jì)進(jìn)行探討：

4.1恒速緩沖排氣閥

資料顯示，在設(shè)置進(jìn)氣排氣閥時(shí)，國(guó)內(nèi)外的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，在我國(guó)是每0.7-0.8km安裝一個(gè)進(jìn)氣排氣閥，而國(guó)外則是每0.5-0.6km安裝一個(gè)進(jìn)氣排氣閥。為了保證供水質(zhì)量，進(jìn)氣排氣閥的分布標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有實(shí)際工程情況而決定，將輸水管道的高程和氣阻作用進(jìn)行充分考慮之后設(shè)定最佳的設(shè)置方案，此外，還可以根據(jù)具體的水錘防護(hù)計(jì)算方法來(lái)確定安裝方案。通常來(lái)講，當(dāng)進(jìn)氣排氣閥僅發(fā)揮排氣作用時(shí)，可以將進(jìn)氣排氣閥設(shè)置在管道口徑的1/12～1/8位置，而進(jìn)氣排氣閥在擔(dān)負(fù)進(jìn)氣和排氣作用時(shí)，則需要將安裝位置設(shè)定在管道口徑的1/8～1/5處。因平坦區(qū)域的輸水管道在運(yùn)行時(shí)存在壓力小的特性，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中很容易出先氣阻現(xiàn)象，為此，需要選擇具備恒定速度的排氣裝置，即恒速緩沖排氣閥。恒速緩沖排氣閥在運(yùn)行的過(guò)程中可以為管道內(nèi)的水流提供勻速的動(dòng)力，可以有效消除管道氣囊集聚和斷流彌合水錘的現(xiàn)象。

4.2緩閉止回閥

近幾年，市場(chǎng)中流通的緩閉止回閥類型較多，使用性能的差異也較大，如果在實(shí)際工程中選擇了性能較差的止回閥，不僅無(wú)法起到應(yīng)有的緩解作用，還可能直接引發(fā)水錘現(xiàn)象。為此，在緩閉止回閥挑選中也應(yīng)該做足工作。就目前來(lái)講，關(guān)閉蝶閥和水泵控制閥相對(duì)來(lái)講使用性能更加可靠，一般是將關(guān)閉蝶閥用于口徑較小的輸水管道水錘防護(hù)工程中，而水泵控制閥既可以在中型口徑輸水管道中應(yīng)用，又可以在大口徑輸水管道中發(fā)揮作用。

4.3超壓泄壓閥

超壓泄壓閥應(yīng)設(shè)在泵站出水總管起端。輸水管道中間是否需要設(shè)置超壓泄壓閥，需經(jīng)分析計(jì)算后確定。超壓泄壓閥的公稱直徑宜為主管道直徑的1/5～1/4，或經(jīng)水力計(jì)算確定。超壓泄壓閥的主要作用是當(dāng)管道中發(fā)生水力瞬變流，某點(diǎn)的壓力過(guò)高時(shí)，在此點(diǎn)的超壓泄壓閥自動(dòng)打開，泄流掉一定流量，維持管道在此點(diǎn)的壓力，當(dāng)壓力降到安全值后，泄壓閥再自動(dòng)關(guān)閉。超壓泄壓閥的泄壓值應(yīng)根據(jù)輸水管道的最大使用壓力和管材強(qiáng)度，經(jīng)水力計(jì)算確定，泄壓值也可采用最大使用壓力加0.15～0.2MPa確定。

本文主要分析較平坦地區(qū)的一級(jí)供水管道的水錘特點(diǎn)及防護(hù)措施的選用。分析考慮管線水力條件最不利情況，即3臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)停泵的水力分析。緩閉止回閥快關(guān)時(shí)間為4s，關(guān)閉至60°，慢關(guān)時(shí)間為116s，閥門完全關(guān)閉，水錘計(jì)算表明，突然停泵后管道全線多處出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象，管道爆管危險(xiǎn)很大。由此可見，排氣閥的選擇及為重要，排氣閥必須滿足在任何壓力、任何流態(tài)下均可做到連續(xù)大量排氣，保證管道在充水后以及以后運(yùn)行中不積存氣體，是保證管道安全運(yùn)行的重要條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭杜娟.長(zhǎng)距離大管徑高揚(yáng)程輸水管道水錘防護(hù)方案[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（22）；

[2]饒雪峰，劉海濤，蘇雷，等.長(zhǎng)距離壓力輸水管道水錘防護(hù)設(shè)計(jì)[J].給水排水，2013，39（2）.