如何防范管道系統(tǒng)中產(chǎn)生的水錘效應(yīng)？

在泵房及管道系統(tǒng)安裝完畢，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)在停泵、停電的一剎那，管道系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)很大的水的沖擊力，沖擊著水泵、閥門和管路，有的可能水擊很輕，但有的卻很嚴(yán)重，更甚者會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故，例如：閥門閥瓣、水泵葉片、管道系統(tǒng)等被水擊擊碎、擊破，這種破壞就是水錘導(dǎo)致的，在國外工程中我們也遇到過這樣的現(xiàn)象。

一、什么是水錘現(xiàn)象？

水錘是在突然停電或者在閥門關(guān)閉太快時(shí),由于壓力水流的慣性,產(chǎn)生水流沖擊波，就像錘子敲打一樣，所以叫水錘。水流沖擊波來回產(chǎn)生的力，有時(shí)會(huì)很大，從而破壞閥門和水泵。水錘效應(yīng)是指在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁光滑，水流動(dòng)自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉，水流對(duì)閥門及管壁，主要是閥門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達(dá)到更大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是流體力學(xué)當(dāng)中的“水錘效應(yīng)”，也就是正水錘。在供水管道建設(shè)中都要考慮這一因素。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開后，也會(huì)產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，也有一定的破壞力，但沒有前者大。電動(dòng)水泵機(jī)組突然停電或啟動(dòng)時(shí)，同樣也會(huì)引起壓力的沖擊和水錘效應(yīng)。這種壓力的沖擊波沿管道傳播，極易導(dǎo)致管道局部超壓而造成管道破裂、損壞設(shè)備等，故水錘效應(yīng)防護(hù)成為供水工程關(guān)鍵性的工藝技術(shù)之一。

二、水錘產(chǎn)生的條件

1、閥門突然開啟或關(guān)閉；

2、水泵機(jī)組突然停車或開啟；

3、單管向高處輸水（供水地形高差超過20米）；

4、水泵總揚(yáng)程（或工作壓力）大；

5、輸水管道中水流速度過大；

6、輸水管道過長，且地形變化大。

三、水錘效應(yīng)的危害是什么？

水錘引起的壓強(qiáng)升高，可達(dá)管道正常工作壓強(qiáng)的幾倍，甚至幾十倍。這種大幅度的壓強(qiáng)波動(dòng)，對(duì)管路系統(tǒng)造成的危害主要有：

1、引起管道強(qiáng)烈振動(dòng)，管道接頭斷開；

2、破壞閥門，嚴(yán)重的壓強(qiáng)過高造成管道爆管，供水管網(wǎng)壓力降低；

3、反之，壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，還會(huì)損壞閥門和固定件；

4、引起水泵反轉(zhuǎn)，破壞泵房內(nèi)設(shè)備或管道，嚴(yán)重的造成泵房淹沒，造成人身傷亡等重大事故，影響生產(chǎn)和生活。

四、消除或減輕水錘的防護(hù)措施

對(duì)于水錘的防護(hù)措施很多，但需根據(jù)水錘可能產(chǎn)生的原因，采取不同的措施。

1、降低輸水管線的流速，可在一定程度上降低水錘壓力，但會(huì)增大輸水管管徑，增加工程投資。輸水管線布置時(shí)應(yīng)考慮盡量避免出現(xiàn)駝峰或坡度劇變。

減少輸水管道長度，管線愈長，停泵水錘值愈大。由一個(gè)泵站變兩個(gè)泵站，用吸水井把兩個(gè)泵站銜接起來。

停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚(yáng)程有關(guān)，幾何揚(yáng)程愈高，停泵水錘值也愈大。因此，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用合理的水泵揚(yáng)程。

事故停泵后，應(yīng)待止回閥后管道充滿水再啟動(dòng)水泵。

啟泵時(shí)水泵出口閥門不要全開，否則會(huì)產(chǎn)生很大的水沖擊。很多泵站的重大水錘事故多在這種情況下產(chǎn)生。

2、設(shè)置水錘消除裝置

1）采用恒壓控制技術(shù)：

采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，對(duì)整個(gè)供水泵房系統(tǒng)操作實(shí)行自動(dòng)控制。由于供水管網(wǎng)壓力隨著工況的變化而不斷變化，系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)低壓或超壓現(xiàn)象，容易產(chǎn)生水錘，導(dǎo)致對(duì)管道和設(shè)備的破壞，采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過對(duì)管網(wǎng)壓力的檢測，反饋控制水泵的開、停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，控制流量，進(jìn)而使壓力維持一定水平，可以通過控制微機(jī)設(shè)定機(jī)泵供水壓力，保持恒壓供水，避免了過大的壓力波動(dòng)，使產(chǎn)生水錘的概率減小。

2）安裝水錘消除器

該設(shè)備主要防止停泵水錘，一般安裝在水泵出口管道附近，利用管道本身的壓力為動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)低壓自動(dòng)動(dòng)作，即當(dāng)管道中的壓力低于設(shè)定保護(hù)值時(shí)，排水口會(huì)自動(dòng)打開放水泄壓，以平衡局部管道的壓力，防止水錘對(duì)設(shè)備和管道的沖擊，消除器一般可分為機(jī)械式和液壓式兩種，機(jī)械式消除器動(dòng)作后由人工恢復(fù)，液壓式消除器可自動(dòng)復(fù)位。

3）在大口徑的水泵出水管上安裝緩閉止回閥

可有效的消除停泵水錘，但因閥門動(dòng)作時(shí)有一定的水量倒流，吸水井須有溢流管。緩閉止回閥有重錘式和蓄能式兩種。這種閥門可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。一般在停電后3～7 s內(nèi)閥門關(guān)閉70％～80％，剩余20％～30％的關(guān)閉時(shí)間則根據(jù)水泵和管路的情況調(diào)節(jié)，一般在10～30 s范圍。值得注意的是，當(dāng)管路中存在駝峰而發(fā)生彌合水錘時(shí)，緩閉止回閥的作用就十分有限.

4）設(shè)置單向調(diào)壓塔

在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建，單向調(diào)壓塔的高度低于該處的管道壓力。當(dāng)管道內(nèi)壓力低于塔內(nèi)水位時(shí)，調(diào)壓塔向管道補(bǔ)水，防止水柱拉斷，避免彌合水錘。但其對(duì)停泵水錘以外的水錘如關(guān)閥水錘的降壓作用有限。此外單向調(diào)壓塔采用的單向閥的性能要******可靠，一旦該閥門失靈，可能導(dǎo)致發(fā)生較大的水錘。

5）在泵站內(nèi)設(shè)置旁通管（閥）

在泵系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于水泵壓水側(cè)水壓高于吸水側(cè)的水壓，止回閥關(guān)閉。當(dāng)事故斷電突然停泵后，水泵站出口處壓力急劇降低，而吸水側(cè)壓力則猛升。在此差壓下，吸水總管中的瞬態(tài)高壓水即推開止回閥閥板流向壓水總管的瞬態(tài)低壓水，并使該處低水壓有所升高；另一方面，使水泵吸水側(cè)的水錘升壓也得到降低。這樣一來，水泵站兩側(cè)的水錘升、降壓都得到控制，從而有效地減少和防止了水錘危害。

6）設(shè)置多級(jí)止回閥

在較長的輸水管路中，增設(shè)一個(gè)或多個(gè)止回閥，把輸水管劃分成幾段，每段上均設(shè)止回閥。當(dāng)水錘過程中輸水管中水倒流時(shí)，各止回閥相繼關(guān)閉把回沖水流分成數(shù)段，由于每段輸水管（或回沖水流段）內(nèi)靜水壓頭相當(dāng)小，從而降低了水錘升壓。此項(xiàng)防護(hù)措施，可有效的用于幾何供水高差很大的情況；但不能消除水柱分離的可能性。其更大的缺點(diǎn)是：正常運(yùn)行時(shí)水泵電耗增大、供水成本提高。

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