【摘要】針對高揚(yáng)程、長距離輸水管線進(jìn)行合理的水錘防護(hù)措施設(shè)計，了解各防護(hù)措施的作用及特點，使各防護(hù)措施之間相互配合，可有效控制管道壓力和消除水錘危害，保證管道安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】水錘；防護(hù)；措施

前言

水錘又稱水擊。水（或其他液體）輸送過程中，由于閥門突然開啟或關(guān)閉、水泵突然停止、驟然啟閉導(dǎo)葉等原因，使流速發(fā)生突然變化，同時壓強(qiáng)產(chǎn)生大幅度波動的現(xiàn)象。在物理現(xiàn)象上表現(xiàn)為快速傳播的水錘波動。在水錘現(xiàn)象中，起主要作用的是流體本身的慣性和可壓縮性，慣性要維持原來的運(yùn)動狀態(tài)，而流體的可壓縮性和膨脹又引起運(yùn)動狀態(tài)的改變。水錘波動全過程包括壓力波的產(chǎn)生、傳播、反射、干涉乃至消失。當(dāng)管流中出現(xiàn)水柱分離時，會引起更加復(fù)雜的物理過程。

1、項目概述

新疆某輸水工程供水管線布置總體思路是將水源地9口管井（7口工作井，2口備用井）采用水泵抽水經(jīng)管道連接輸水至1#蓄水池，開采單井設(shè)計抽水量為63m3/h。再從1#蓄水池鋪設(shè)DN250管道重力自流至S13分水點，分為三路，第一路經(jīng)DN200管道重力自流至T3，第二路接S13放水閥，第三路經(jīng)DN200管道重力自流至2#蓄水池，再由T4加壓泵房揚(yáng)水至3#蓄水池，再由3#蓄水池依次自流至下游需水點。管線總長186km，最大落差830m。

2、項目特點分析

本項目的水錘防護(hù)措施設(shè)計為重點設(shè)計內(nèi)容。在大高差的輸水過程中，從經(jīng)濟(jì)節(jié)約、造價合理的角度出發(fā)，在地形高差滿足條件時，采用水泵揚(yáng)水及重力輸水相結(jié)合省時又省力。然而重力流輸水受地形影響更大，尤其在大高差條件下，水錘發(fā)生時，輸水管道內(nèi)將產(chǎn)生一系列復(fù)雜的暫態(tài)流動現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致管道凹陷引起生管道爆裂事故。因此，合理采用水錘防護(hù)措施對輸水管道的安全運(yùn)行具有重大意義。在一定程度上可以減輕或避免水錘事故帶來的災(zāi)害。預(yù)防和減少水錘災(zāi)害的發(fā)生，是本工程設(shè)計中重要環(huán)節(jié)。針對本項目施工特點分析后，管道水錘防護(hù)措施及必要設(shè)備配置主要包括減壓池、水錘消除罐、進(jìn)排氣閥、超壓泄壓閥、多功能水泵控制閥、分段檢修閥、排水閥等。

3、設(shè)備配置的特點分析

3.1減壓池

本工程自流段高位水池至末端用水點，最大落差達(dá)830m，共設(shè)置三個減壓池，將長距離管線劃分為多個較短、壓力較低的管道，每一段管道的最大靜壓即為兩個減壓池的高差，相應(yīng)的降低了管道的耐壓等級，減少了工程造價。在減壓池進(jìn)出水管處安裝檢修閥，便于檢修減壓池。同時由于各級管道用水量和輸水流量不同，容易發(fā)生溢池和拉空事故，需要在減壓池中增設(shè)液位控制設(shè)備，以達(dá)到實時監(jiān)測管線輸水情況的目的。

3.2水錘消除罐

水錘消除罐是根據(jù)氣體的體積與壓力的物理規(guī)律設(shè)計而成，可以伴隨水力過渡過程中管道系統(tǒng)的壓力升降變化，通過向管道注水和再蓄水的方式消除管道的水錘危險。

在發(fā)生水錘時，水錘消除罐橡膠內(nèi)膽中儲存的水必需立即在預(yù)充壓和橡膠彈力的作用下快速注入管道，避免管道內(nèi)形成負(fù)壓。經(jīng)水錘計算后，本工程在T4加壓泵站水泵出口設(shè)置一臺2m3水錘消除罐。

3.3進(jìn)排氣閥

進(jìn)排氣閥是常見的水錘防護(hù)設(shè)備，他被廣泛的應(yīng)用于輸水工程的防護(hù)中，在裝設(shè)進(jìn)排氣閥處，如果該處管內(nèi)壓強(qiáng)開始降至大氣壓強(qiáng)以下時，進(jìn)排氣閥會向管內(nèi)注入空氣，用來削減水錘負(fù)壓，當(dāng)管內(nèi)壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)時，進(jìn)排氣閥會向外界排氣，但液體不會隨著氣體排出。它可以減小因氣堵現(xiàn)象對輸水流量的影響，防止氣爆現(xiàn)象對管道的破壞，防止破壞管道排水時的負(fù)壓破壞。

根據(jù)地形條件，本工程進(jìn)排氣閥均布置在地形起伏較大管道高位處，并且間距不小于1km，處。進(jìn)排氣閥直徑DN50mm。壓力等級根據(jù)裝設(shè)位置管道水錘壓力確定。

3.4超壓泄壓閥

當(dāng)泵組事故停機(jī)或管道發(fā)生水錘時，管道中某段壓力過高，容易發(fā)生爆管現(xiàn)象。在此處安裝超壓泄壓閥，可有效減小水擊壓力對管道造成的破壞，當(dāng)管道壓力陡增至限定壓力時，超壓泄壓閥依據(jù)壓力限定值自動開啟排水泄壓，到達(dá)實時降低管壓，保護(hù)管道的目的。當(dāng)水壓降低到容許范圍內(nèi)時，超壓泄壓閥關(guān)閉，不再泄水。

經(jīng)水錘計算后，本工程在水泵出口及管線較易發(fā)生水錘處設(shè)有水錘防護(hù)閥及安全泄壓閥。

3.5多功能水泵控制閥

當(dāng)泵組事故停機(jī)或管道發(fā)生水錘時，管路和出水池的水大量倒流不僅造成浪費(fèi)，還有淹沒泵房的危險，危機(jī)泵站的安全。另外，引起水泵機(jī)組反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過高造成的損壞。因此，需要在水泵出口安裝多功能水泵控制閥作為防護(hù)措施。

本工程在水源地水泵出口設(shè)置一臺多功能水泵控制閥，直徑DN100mm、壓力2.5MPa。T4加壓泵站水泵出口設(shè)置一臺多功能水泵控制閥，直徑DN200mm、壓力1.6MPa。

3.6分段檢修閥

長距離輸水管道沿程漏損率會大大增加，沿程個別點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致全線輸水中斷，檢修故障點時還需排空整個管道的液體，為下次充水帶來極大地不便。因此，在管道中間增設(shè)分段檢修閥的方式可為檢修爭取時間。

本工程管道總長186km，單管最長輸水距離達(dá)81.4km。根據(jù)地形條件，管線大約每隔7公里安裝偏心半球閥作為分段檢修閥，每套偏心半球閥閥徑同管徑相同，閥后均配套伸縮節(jié)以便于安裝及檢修。

3.7排水閥

當(dāng)管道需要檢修維護(hù)時，關(guān)閉管道檢修段兩端檢修閥，通過排水閥排空管道內(nèi)的水。排水閥一般裝設(shè)在管道地勢較低處。排水閥的口徑選擇一般根據(jù)管道內(nèi)水量及檢修時間要求確定，口徑偏小排水時間較長，給檢修維護(hù)帶來不便?？趶狡笥謺黾油顿Y。

4、結(jié)束語

水錘計算和防護(hù)措施布置設(shè)計更復(fù)雜。按以往工程經(jīng)驗來講，對于大高差輸水工程，通常利用設(shè)置減壓池分段減壓，再結(jié)合進(jìn)排氣閥進(jìn)行排氣減壓，并可采用性能優(yōu)良水錘消除罐進(jìn)行高壓時泄水泄壓，低壓時補(bǔ)水補(bǔ)壓等防護(hù)措施作為行之有效的組合方案。具體到實際工程需進(jìn)行水錘計算，通過全面的分析比較，提高防護(hù)設(shè)備的可靠性和有效性，使各防護(hù)措施之間相互配合，科學(xué)歸納出能夠防止水錘發(fā)生的合適的水錘防護(hù)方案。

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作者簡介：徐富龍，男，（1989.09-）， 新疆哈密人，畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，本科，助理工程師，主要從事水電站水力機(jī)械設(shè)計。