水泵输送管线发生水锤的原因及防护

水泵输送管线发生水锤的原因及防护

水锤又称水击。水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生

大幅度波动的现象。长距离输水工程应进行必要的水锤分析计算，并对管路

系统采取水锤综合防护计算，根据管道纵向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数量、型式、口径。

1水锤发生的原因、分类

1.1引起水锤过程的原因

(1)启泵、停泵、用启闭阀门或改变水泵转速、叶片角度调节流量时；尤其在迅速操作、使水流速度发生急剧变化的情况。

(2)事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时停泵。较多见的是配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。

1.2水锤破坏主要的表现形式

(1)水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏；或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。

(2)水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联结轴的断裂。

(3)水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减小，影响正常供水。

1.3.水锤的分类与判别

(1)按产生水锤的原因可分为：关（开）阀水锤、启泵水锤和停泵水锤；

(2)按产生水锤时管道水流状态可分为：不出现水柱中断与出现水柱中断两类。前者水锤压力上升值△H通常不大于水泵额定扬程HR或水泵工作水头H0称正常水锤；后者当水柱再弥合时，水锤压力上升值较高，常大于HR或H0，是引起水锤事故的重要原因，故称非常水锤。

所谓水柱中断，就是在水锤过程中，由于管道某处压力低于水的汽化压力而产生，即：

Pi/γ+Pa/γ≤Ps/γ

(1-1)

式中： Pi/γ—管道中某点的压力（M）；

Pa/γ—大气压力（M）；

Ps/γ—水的饱和蒸汽压力（绝对压力），在常温下取2-3M；

γ—水的容重。

(3)对于关（开）阀水锤，与关（开）阀时间T。有关可分为：

直接水锤：

Tc＜Tγ（1-2）间接水锤：

Tc＞Tγ (1-3) 式中：Tγ—水锤相（秒），见公式（1-12）。

2 停泵水锤防护措施

由于停泵水锤可能导致泵站和输水系统发生严重事故（如泵房内设备或管道破裂导致泵房淹没，输水管破裂导致沿途房屋渍水），因此有必要根据具体情况采取相应的措施来消除停泵水锤或消减水锤压力。

(1)降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。

(2)输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变。

(3)通过模拟，选用转动惯量GD2较大的水泵机组或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。

(4)设置水锤消除装置

①调压室：调压室是一个钢制或钢筋混凝土的水箱，压力管道上的调压室有单向与双向调压室两种。

②气压罐：国内使用经验不多，在国外（英国）使用较广泛。它利用气体体积与压力的特定定律工作。随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力，其作用与双向调压塔类似

③水锤消除器：水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。80 年代以前曾经广为采用。它安装于止回阀附近，某些水锤消除器无自动复位功能，容易因误操作导致发生水锤。

④缓闭止回阀：有重锤式和蓄能式两种。这种阀门可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。一般在停电后3～7 s内阀门关闭70%～80%，剩余20%～30%的关闭时间则根据水泵和管路的情况调节，一般在10～30 s范围。可以利用计算机模拟最佳时间，并现场调试确定。值得注意的是，当管路中存在驼峰而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。