摘要：在大管徑輸水管路的運(yùn)行當(dāng)中，由于一些原因的影響，可能會(huì)產(chǎn)生水錘的現(xiàn)象，其對(duì)于輸水管路來(lái)說(shuō)是一種較為嚴(yán)重的災(zāi)害。水錘產(chǎn)生的巨大壓強(qiáng)，將造成管路連接部件或閥門(mén)損壞，甚至可能發(fā)生爆管的情況。因此，在大管徑水水管理中，對(duì)水錘災(zāi)害進(jìn)行概括，并分析其形成原因，進(jìn)而分別從開(kāi)關(guān)閥、啟泵停泵等不同階段入手，研究了預(yù)防水錘災(zāi)害的措施，保護(hù)輸水管路的安全。

關(guān)鍵詞：大管徑；輸水管路；水錘災(zāi)害；形成原因；預(yù)防措施

前言：

在封閉式管路系統(tǒng)會(huì)水泵當(dāng)中，在一些特定情況下，可能會(huì)發(fā)生水錘的現(xiàn)象，主要是由于管道內(nèi)流體流量，在段時(shí)間內(nèi)迅速改變，產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓力波動(dòng)，進(jìn)而引起振動(dòng)的情況。水錘能夠在產(chǎn)生遠(yuǎn)超過(guò)正常壓力的瞬間壓力，造成的影響也往往是破壞性的。對(duì)于大管徑輸水管路來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)水錘災(zāi)害的形成原因，采取有效的預(yù)防措施，將水錘災(zāi)害消除，例如對(duì)管路或水泵開(kāi)閉時(shí)間延緩，或使用專門(mén)的水錘消除器等。

一、水錘災(zāi)害的基本概述

水錘效應(yīng)是大管徑輸水管路中一個(gè)比較常見(jiàn)的問(wèn)題，在水泵啟停過(guò)程中，突然變化的水流對(duì)管道造成沖擊，產(chǎn)生嚴(yán)重的水擊現(xiàn)象。輸水管路內(nèi)壁通常為光滑表面，水可以自由流動(dòng)。如果閥門(mén)突然關(guān)閉或泵停止，水流會(huì)對(duì)關(guān)閉閥和閥門(mén)施加壓力。在光滑的墻里面，后續(xù)水流受到慣性影響，會(huì)很快增大水力，進(jìn)而引起破壞效果，形成了水錘災(zāi)害。另外，閥門(mén)突然在關(guān)閉狀態(tài)下打開(kāi)，或者突然啟動(dòng)泵，也會(huì)形成水錘災(zāi)害[1]。水錘災(zāi)害將導(dǎo)致輸水管路中壓強(qiáng)增大，比常規(guī)工作壓強(qiáng)會(huì)大上數(shù)十倍，當(dāng)壓力波動(dòng)時(shí)，管道劇烈振動(dòng)，容易造成閥門(mén)、接頭等位置的損壞斷裂，或者直接發(fā)生爆管的事故，對(duì)供水系統(tǒng)云新造成影響。

二、水錘災(zāi)害的形成原因

大管徑輸水管路中，形成水錘的原因是多方面的。在管路運(yùn)行中，如果閥門(mén)突然開(kāi)啟或關(guān)閉，或是水泵機(jī)組突然啟動(dòng)或停止的情況，將引起管路中水流量的突然變化，將管路中原有的平衡狀態(tài)打破，進(jìn)而產(chǎn)生較大的瞬間壓強(qiáng)，引起水錘的現(xiàn)象。如果使用單管向高處輸水，水受到重力的作用，具有向下運(yùn)動(dòng)的力，與后面輸送上來(lái)的水之間形成對(duì)沖，導(dǎo)致壓強(qiáng)增大，形成水錘現(xiàn)象。輸水管路中，如果水流速度過(guò)快，產(chǎn)生的力和壓強(qiáng)也會(huì)比較大，在達(dá)到一定程度后就容易形成水錘現(xiàn)象[2]。在長(zhǎng)度較大的輸水管道中，如果管道地形有較大的變化，管道中彎曲較多，水流在轉(zhuǎn)彎處或遇到地形變化的位置，都會(huì)對(duì)管路造成沖擊，進(jìn)而增大局部瞬間壓強(qiáng)，引起水錘的現(xiàn)象。

三、水錘災(zāi)害的預(yù)防措施

（一）開(kāi)關(guān)閥水錘的預(yù)防

開(kāi)關(guān)閥過(guò)程中引起的水錘現(xiàn)象，一般包括了直接水錘、間接水錘扥不同形式。對(duì)于這一問(wèn)題，將開(kāi)閥、關(guān)閥的時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，就能夠避免直接水錘災(zāi)害的形成。同時(shí)，為了使水泵出口的壓力得到減小，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉到15%時(shí)，關(guān)閉混流泵和離心泵，從而延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命。避免閥門(mén)的損壞和水錘的發(fā)生。而對(duì)于軸流泵來(lái)說(shuō)，通常在水泵出口的位置，不需要對(duì)閥門(mén)進(jìn)行設(shè)置。

（二）啟泵水錘的預(yù)防

啟動(dòng)水泵時(shí)容易產(chǎn)生水錘災(zāi)害，對(duì)于此類水錘災(zāi)害的預(yù)防，應(yīng)在啟泵錢(qián)盡量將輸水管路中的空氣排除，在管道中充滿水之后，再將水泵開(kāi)啟。而在大管徑和長(zhǎng)距離的輸水管路中，需要將自動(dòng)沖水設(shè)備、自動(dòng)排水閥等，設(shè)置在隆起部位。如果水泵不得不在空管狀態(tài)下啟動(dòng)，為了預(yù)防水錘災(zāi)害的發(fā)生，可以采用分階段開(kāi)啟泵的策略。首先打開(kāi)泵出口位置閥門(mén)的一部分，同時(shí)全部打開(kāi)管路中的其它閥門(mén)，然后將水泵開(kāi)啟，當(dāng)水充滿管路之后，在按照規(guī)定角度打開(kāi)水泵出口位置閥門(mén)[3]。對(duì)于水泵中設(shè)置了止回閥的情況，也要對(duì)自動(dòng)旁通閥、自動(dòng)排氣閥等進(jìn)行設(shè)置。水泵運(yùn)行當(dāng)中由于發(fā)生事故而停泵，在重新開(kāi)啟前，需要將止回閥后管道中，用水充滿，然后才能將水泵啟動(dòng)。為了保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定，確保泵出口閥門(mén)在泵開(kāi)啟時(shí)沒(méi)有完全打開(kāi)。

（三）停泵水錘的預(yù)防

當(dāng)水泵關(guān)閉時(shí)，供水管中的水流在慣性作用下會(huì)慢慢流向水池，然后逐漸減速，最后停止。在重力水頭的作用下，管道內(nèi)的水會(huì)倒流到泵內(nèi)，速度會(huì)逐漸加快。水流在管道中的流蘇發(fā)生改變，進(jìn)而可能引起水錘災(zāi)害。在大管徑輸水管路中，停泵水錘的現(xiàn)象十分常見(jiàn)，造成的危害也很高，所以應(yīng)當(dāng)積極采取措施預(yù)防。在實(shí)際工作中，可以降低輸水流速，盡可能應(yīng)用厚度較大的管道，使輸水管路水流速降低，進(jìn)而預(yù)防水錘災(zāi)害。將電動(dòng)機(jī)慣性改變，應(yīng)用較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電動(dòng)機(jī)，或?qū)ψ銐驊T性的飛輪加以配置，以減小水錘壓力。管線的設(shè)置應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理，在輸水管道的設(shè)置中，要保證管道的暢通。防止坡度改變、出現(xiàn)峰點(diǎn)等問(wèn)題[4]。在輸水管道中，應(yīng)將排氣閥設(shè)置在不可避免的峰值，以防止水錘災(zāi)害的發(fā)生。水泵揚(yáng)程的設(shè)置要科學(xué)，要認(rèn)識(shí)到泵房幾何揚(yáng)程對(duì)水泵停水錘的影響，即揚(yáng)程越高，停水錘越大。所以需要在滿足需求的情況下，盡量縮短水泵揚(yáng)程。將輸水管路長(zhǎng)度盡量減小，如果輸水管路長(zhǎng)度過(guò)大，將會(huì)增加停泵水錘值，所以在可能的情況下，將輸水管路長(zhǎng)度盡量縮小。對(duì)一些不必要的止回閥取消，止回閥過(guò)快的關(guān)閉是引起停泵水錘的重要原因，所以可將一些不必要的止回閥取消，以減少停泵水錘。

對(duì)于不能取消的止回閥，在閉合中要緩慢，防止停泵水錘的癡線，在大管徑輸水管路中，設(shè)置微閉蝶閥和止回閥。閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程中所發(fā)生的水流倒流現(xiàn)象，可以間溢流管設(shè)置在吸水井。實(shí)際工作中可以采取蓄能式、重錘式等方法緩閉止回閥，根據(jù)實(shí)際情況，有效調(diào)整閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間。不過(guò)，緩閉止回閥的方法，對(duì)于輸水管路峰點(diǎn)的彌合水錘問(wèn)題，沒(méi)有有效的預(yù)防措施。水錘消除器，設(shè)置在止回閥下游，通過(guò)水錘消除器，消除管道中的水錘壓力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)管道內(nèi)的壓力值低于保護(hù)值時(shí)，泄水口會(huì)自動(dòng)打開(kāi)泄水口并壓下壓力，以保證管道壓力平衡。當(dāng)管道內(nèi)壓力較大時(shí)，排水口會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，以降低管道壓力。通常在泵出口處安裝液壓控制閥，通過(guò)泵出口處與管網(wǎng)之間的壓差自動(dòng)切換閥門(mén)。該閥配有活塞缸或隔膜室，控制閥門(mén)的啟閉速度。雙向調(diào)壓塔應(yīng)位于泵站附近或管道的適當(dāng)位置，且雙向調(diào)壓塔的水面高度應(yīng)高于輸水管道終端池的水面高度。調(diào)壓塔可根據(jù)水管壓力的變化，通過(guò)供水或排水來(lái)降低水錘的壓力。單向調(diào)壓塔可安裝在泵站附近或管道的適當(dāng)位置[5]。當(dāng)管道內(nèi)的壓力較低時(shí)，將水注入管道，以避免水錘現(xiàn)象。壓力罐根據(jù)氣體體積和壓力的規(guī)律工作，隨著管道壓力的變化，壓力罐應(yīng)補(bǔ)充或吸收管道內(nèi)的壓力，以避免水錘災(zāi)害。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)水管壓力，自動(dòng)控制水泵的開(kāi)、關(guān)、轉(zhuǎn)速。學(xué)會(huì)控制流量，保證水管壓力穩(wěn)定，降低水擊災(zāi)害發(fā)生的概率。

四、結(jié)論

水錘災(zāi)害是大管徑輸水管路中比較常見(jiàn)的一種災(zāi)害類型，將會(huì)引起管路連接處或閥門(mén)處破裂損壞，或是引起爆管等事故，導(dǎo)致供水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，或是造成其它嚴(yán)重的損失等。大管徑輸水管路中，水錘災(zāi)害的形成原因較多，主要是閥門(mén)突然開(kāi)閉或水泵機(jī)組突然啟停等。因此，為了預(yù)防水錘災(zāi)害的產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)在開(kāi)關(guān)閥門(mén)、啟停水泵等容易發(fā)生水錘災(zāi)害的階段，采取有效的措施消除水錘產(chǎn)生的因素，進(jìn)而有效預(yù)防水錘災(zāi)害的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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[5]王曉芃.大管徑輸水管路的水錘災(zāi)害形成原因和預(yù)防措施[J].建材與裝飾，2018，No.547（38）：301.

作者簡(jiǎn)介：趙春風(fēng)，（1980），男，漢，黑龍江齊齊哈爾，工程師，碩士，中石化南京工程有限公司，化工設(shè)計(jì)，211100。

（作者單位：中石化南京工程有限公司）