管道系统中的水锤及其防护研究
重力流输水管道水锤与防护措施研究
给水排水工程Water Supply&Drainage Engineering 重力流输水管道水锤与防护措施研究申屠华斌I,毛燕芳I,张逸夫2,柳景青2（1.上海市水利工程设计研究院有限公司，上海210061；2.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310058）摘要：依托某长距离输水工程，借助hammer软件对输水管道进行关闭阀门工况模拟，发现处于重力流上游的管道在关闭阀门时，未岀现严重的水锤危害，但是处于下游的管道则在沿线多处发生断流弥合水锤，岀现了较大的负压或正压。
经分析研究采用空气阀与超压泄压阀组合方案，用hammer软件进行拟合发现在沿线输水管道设置空气阀能够消除负压及由此产生的断流弥合水锤，在管道下游末端安装超压泄压阀以释放超出正常范围的水锤正压，可以保证输水系统在最不利的水力过渡过程中安全运行。
关键词：重力流；输水管道；水锤；供水安全；空气阀；超压泄压阀中图分类号：TU991.39文献标志码：B文章编号:1009-7767（2019）01-0115-04On Preventive Measures for Water Hammer of Gravity Flow PipelineShentu Huabin,Mao Yanfang,Zhang Yifu,Liu Jingqing供水管线是城市基础设施中的重要组成部分，供水管网运行状况与居民日常生活用水密切相关，而对市政管网的优化设计一直是专家学者研究的热点，供水管线设计不合理将引发水锤等安全事故，导致供水服务设施中断，给居民的生活和生产带来严重的影响。
近年来，水锤等安全事故多发，主要体现在2方面：1）由于我国水资源分布不均匀，长距离输水工程日益增多，如南水北调工程、陕西省引黄工程;2）随着城市化进程加快，现有市政管网基本实现城乡一体化，供水管网拓扑结构更加错综复杂。
国内外不少专家学者均对水锤与防护进行了研究,Vitkovsky等”采用遗传算法,Bergant等卩〕利用粒子群优化算法等智能算法对水锤防护的设计参数进行了优化。
水锤的产生及有效规避
水锤的产生及有效规避
水锤，是指管路系统在急剧变化的操作过程中，在管道内部的气击波的作用下，管内
压力和流速的瞬间变化引起的压力波传输现象。
水锤的产生不仅会造成管道损坏，同时还
会对系统性能产生不利影响。
因此，为了保证管道系统的安全和稳定运行，必须采取有效
的措施来规避或减缓水锤现象的发生。
水锤的产生原因主要有以下几点：
1. 管道停止运转时，随着阀门的关闭，介质的流动受到突然阻碍而产生水锤。
2. 管道在运行中存在变流情况，如阀门的开启和关闭、管道的节流或堵塞等，都会
产生水锤。
3. 管道维修和清洗时因为管内压力和流速的突然变化，造成气击波的作用而产生水锤。
针对水锤现象，我们可以采取以下措施来有效规避：
1. 加装水气罐：在管道系统中加装一个水气罐，通过水气罐中的水柱和气体起到缓
冲作用，有效地吸收压力波的冲击力，减缓水锤现象的产生。
2. 加装减压阀：在管道系统中加装减压阀，控制管道内部的压力，降低管道内部介
质流速的变化率，从而减轻水锤现象的出现。
3. 改进管道设计：在管道设计中，采用优化的管径和弯头设计、合理的泵站布置和
阀门调整等，降低水文惯量，减轻水锤现象的发生。
综上所述，针对管道系统中水锤现象的产生，我们可以采取上述几点措施来有效规避，从而保障管道系统的安全稳定运行。
水锤及防护措施
添加标题
定义：高压管网水锤防护技术是指为防止水锤现象对管网系统造成危害高压管网水锤防护技术也在不断发展，未来将更加注重智能化、自动 化技术的应用，提高防护效果和可靠性。
添加标题
常见防护措施：包括安装止回阀、缓闭止回阀等控制阀门，设置调压池、稳压塔等调压设施，以及采用 压力波动控制技术等。
评估方法：通过对比采取防护措施前后的水锤压力变化情况，分析防护措施的有效性。 评估标准：以水锤压力减小幅度、管道振动幅度等指标作为评估依据。 实例分析：选取典型的水锤防护措施应用案例，对其效果进行具体分析和评估。 结论：根据评估结果，总结水锤防护措施的应用效果，提出改进建议和推广价值。
PART FIVE
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
水锤现象：由于流体压力变化引起的一系列快速的压力波动现象。 产生原因：主要由于流体流速的急剧变化导致。 影响范围：广泛应用于水利、机械、化工等领域。 现象描述：水锤波动的压力变化大，传播速度快，对管路系统产生冲击和破坏。
压力管道中的水流速度发生急剧变化 流体受到阻碍或突然改变流向 管道中存在不稳定的流动状态 管道中存在气体或空气
降低因水锤造成的 水资源浪费，节约 能源，实现可持续 发展。
PART THREE
安装止回阀：防止水锤发生时水流倒流 减小管径：降低水流速度，减少水锤压力 增加管道弹性：吸收部分水锤能量，降低冲击力 安装安全阀：在压力过高时排放部分水，防止水锤发生
安装止回阀：防止水锤发 生时水流倒流
减小管径：降低水流速度， 减少水锤压力
智能化监测技术：利用 传感器和智能算法，实 时监测管道压力、流量 等参数，实现水锤预警 和预防。
预警系统：通过数据分 析，预测可能发生的水 锤情况，及时发出预警 信息，以便采取应对措 施。
长距离压力输水管道水锤防护技术研究
VoU43 Na.6 Jun. 2021
长距离压力输水管道水锤防护技术研究
董茹2张伟东2,闫朝5
(2榆林学院建筑工程学院，陕西榆林 717002； 0.中煤陕西榆林能源化工有限公司公用工程中心，陕西榆林 717002； 3.榆林市水利工程建设中心，陕西榆林717002)
文献标志码:A
文章编号：223 - 2506(2201)26 - 0250 - 26
Research on water hammer pratection technology for long distance pressure water pineline
Dony Ru0 ‘Zhang Weidonv2 , Ynx Chaa5
模型都仅适合应用于无断流的情况。 而当出现多处
断流水锤时，断流弥合水锤计算模型更具有效的实
用性。因此，本文将选用断流弥合水锤计算模型对
断流弥合水锤问题进行计算。
首先根据弹性水锤理论，以2种方式进行表达:
(1运动方程为：
fH + x dV + Z dV vf VI VI _6
⑴
dx g dx g dx D 2g
的计算模型有3种:①无断流弥合水锤的计算模型。 这种计算模型在水力过渡的过程中，并不将水柱的
中断问题纳入模型计算范围。②定点断流弥合水锤
计算模型。这种计算模型在实际应用过程中，需预
先指定出断流弥合所出现的位置。③断流弥合水锤
计算模型［］。该计算模型在对断流弥合水锤的断
流边界进行处理时,不会受到水锤发生位置的限制O 由此看出,在以上3种断流弥合水锤计算模型中，无 断流弥合水锤的计算模型与定点断流弥合水锤计算
水锤及防护措施
第五章 水锤防护措施的经济性 分析
●05
投资成本
实施水锤防护措施的投资成本包括设备购买、 安装和维护等方面。在选择投资方案时，需要 考虑投入的资金和长期维护成本，以确保经济 效益。
效益分析
减少维修费用
提高生产效率
水锤防护措施的实施可以降 低维修费用支出
水锤防护措施能够稳定系统 运行，提高设备利用率
定期检测维护
定期检测管道系统 发现问题并及时修复
记录维护过程
建立维护档案，追踪维护情 况
维护防护设备 确保设备正常运行
人员培训和意识提升
开展水锤防护知识培训
01 让相关人员了解水锤防护的重要性
提高意识水平
02 增强水锤防护意识，减少事故发生的可能性
建立应急预案
03 在发生水锤事故时能够迅速响应和处理
缓冲器
减缓压力冲击 延长系统寿命
节流装置
降低水锤产生 提高系统效率
阀门控制
合理控制流速 避免水锤现象
泄压阀
减小水锤危害 保护管道系统Байду номын сангаас
总结
水锤是管道系统中常见的问题，但通过合理的 防护措施可以有效避免水锤带来的危害。缓冲 器、节流装置、阀门控制和泄压阀等措施的应 用可以保护管道设备，提高系统稳定性，减少 停机维修时间，降低运营成本。
使用方法
安装在管道关键位置 设置警报阈值
优势
精准监测压力变化 及时发现问题
注意事项
定期校准传感器 避免受损
声音检测
分析噪音频谱
01 监测声音频率
应用场景
02 水力工程
优势
03 实时监测
振动检测
监测振幅 分析振动模式
优势 减少设备损耗
水锤防护措施
水锤防护措施什么是水锤？水锤是指在管道中由于流体的突然关闭或改变流速引起的压力波动现象。
这种压力波动会在管道中产生高压冲击，严重时甚至会导致管道破裂，对设备和管道造成严重损害。
水锤的危害水锤产生的冲击力可以造成以下危害：1.设备和管道的破裂：水锤产生的冲击力会超过管道和设备的承受能力，导致破裂和损坏。
2.噪声和振动：水锤过程中产生的压力波动会引发噪声和振动，对人员和设备都造成干扰和危害。
3.泄漏和漏水：水锤会对管道系统产生冲击，可能导致管道连接松动或破裂，引发泄漏和漏水。
水锤防护措施为了避免水锤带来的危害，以下是一些常见的水锤防护措施：1. 安装减压阀和减压水池减压阀和减压水池是常见的水锤防护设备，通过调节流体压力和缓冲冲击力来保护管道系统。
•减压阀：在管道系统中安装减压阀，可以调节流体的压力，避免突然的压力变化引起水锤。
减压阀可以根据实际需要设定压力范围，并通过自动调节阀瓣的开闭来实现压力稳定。
•减压水池：减压水池是一种存储水体的容器，其容积可以根据具体情况进行设计。
当管道中流体的流速突然改变时，减压水池可以吸收冲击力，并保持管道内的压力相对稳定。
2. 安装气垫和减压阀•气垫：在管道系统中安装气垫可以有效缓解水锤带来的冲击力。
气垫通过不可压缩的气体充当缓冲介质，当发生水锤时，气垫可以吸收冲击力，保护管道系统。
•减压阀：减压阀可以在管道系统中减小流速的急剧变化。
在水锤发生的位置或附近安装减压阀，可以限制流速的突变，减少水锤的发生。
3. 增加阀门关闭时间当管道系统中需要关闭阀门时，可以增加阀门关闭的时间，使流体的关闭过程缓慢，减少水锤的发生。
4. 使用软性管道和伸缩接头软性管道和伸缩接头可以吸收和缓冲水锤产生的冲击力，减少管道和设备受损的风险。
软性管道具有一定的弹性，可以吸收部分冲击力，而伸缩接头则可以在管道收缩或伸展时提供一定的灵活性。
5. 定期维护和检测定期维护和检测管道系统的状态非常重要。
定期检查阀门、管道连接、减压阀等设备的工作状态和密封性能，及时发现问题并进行维护和修理，可以有效预防水锤的发生。
水锤(水击)的产生、危害与防护措施
水锤（水击）的产生、危害与防护措施水锤又称水击。
是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。
突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。
供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。
这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。
所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。
水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。
水锤效应的危害水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
消除或减轻水锤的防护措施对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
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。
输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。
由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。
停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。
供水管道系统水锤分析及防护措施
供水管道系统水锤分析及防护措施摘要：水锤现象是引发城市供水系统设备损坏以及管道破裂的根本原因之一，对于水锤现象的防护一直都是供水管道系统设计与建设需要考虑的重点问题。
本文作者根据自身研究水锤现象多年的实际经验，对供水管道系统水锤分析及防护措施展开了深入的调研与分析，并给出有效的防护措施，希望能对相关行业起到一定的促进作用。
关键词：供水管道；水锤分析；防护措施引言：在进行水锤防护措施的分析时，首先应该对于供水管道系统水锤现象入手，找到水锤现象发生的具体原因，根据不同原因针对性设置对应的水锤防护措施，进而使水锤现象能够得到有效的控制，提升供水管道系统的安全性与稳定性。
一、供水管道系统水锤现象的分析在供水管道系统运行的过程之中，如果出现了不可预测性的停电现象，或者给水阀门的关闭速度过快时，就会由于水流压力的惯性产生一道非常猛烈的水流冲击波，该冲击波产生而发出的声音类似于锤子在进行敲打的声音，这就是我们所说的水锤现象。
水锤现象产生的应力极大，有时候有着很强的破坏力，严重时甚至会破坏供水系统的阀门或者水泵。
水锤效应是指水在供水管道的内部，由于供水管道内壁过于光滑，所以水流较为自如，而当管道阀门突然关闭时，水流的流动会发生方向性的紊乱，从而产生内部应力，对于阀门会产生一个压力，由于供水管网的内壁过于光滑，水流在惯性的作用下应力迅速达到最大化，从而产生了强大的破坏作用，这种破坏作用在流体力学之中被称为水锤效应，也就是我们常说的正水锤。
在进行供水管网供水管道的建设之中，必须要考虑到水流的水锤现象。
与正水锤相对的是负水锤，是因为关闭后的阀门突然打开而造成的水锤现象，这种水锤现象与正水锤现象相比破坏力较小，但也存在着一定的破坏力。
如果供水管道系统的电动机组突然启动，也会引发压力的冲击现象以及水锤效应，这种压力增大而产生的冲击波会沿着管道进行传播，非常容易造成管道内部的压力超过负荷，导致管道碎裂以及供水设备的损坏现象，因此，在供水管道系统的修建之中，对于水锤效应的防护也就成为了关键性技术之一[1]。
水锤及防护措施
水锤及防护措 施
目录
01. 水锤现象 02. 水锤防护措施 03. 水锤防护案例
水锤现象
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#2023
水锤产生的原因
01
阀门突然 关闭或开 启
02
管道中水 流速度突 然变化
03
水泵突然 停止或启 动
01
02
03
04
水锤的预防
01
合理设计管道 系统，避免急 弯、急缩等容 易产生水锤现 象的部位。
02
采用缓闭式阀 门，减缓水流 速度，降低水 锤压力。
03
安装水锤消除 器，通过泄压、 缓冲等方式消 除水锤现象。
04
定期检查和维 护管道系统， 确保管道、阀 门等设备的完 好性。
水锤防护措施
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02
安装位置：安装在容易产生水锤的管道上
03
安装方法：按照产品说明书进行安装
04
维护保养：定期检查和更换泄压阀和缓冲阀、安全阀等
设备，降低水锤压力
03
合理布置管道，避免急
弯和直角转弯
02
采用柔性连接，降低管
道振动和噪音
01
合理选择管径和壁厚，
避免过大或过小
#2023
控制阀门开关速度
01
01
控制阀门开关速度可以减少水锤 现象的发生
02
02
采用缓闭式阀门可以降低水锤压 力
03
03
采用快速关闭阀门可以减少水锤 现象的影响
04
水锤的产生及有效规避
水锤的产生及有效规避水锤是一种由于液体管道内的流动突然改变引起的瞬态过程。
当液体由于某种原因突然停止或急剧减速时，管道内的液体惯性使液体继续向前运动，直到遇到阻碍物才会停止。
这种液体的突然停止或急剧减速会引起压力波，使管道内产生很大的压力和冲击力，导致管道墙体受到损伤，设备和管道失效，甚至可能危及人员安全。
水锤的产生原因主要有三种：1. 阀门的突然关闭。
2. 泵的突然停止。
3. 其他管道突然改变的原因，如突发的管道爆炸等。
有效规避水锤的方法主要有以下几种：1. 合理设计管道系统。
合理设计管道系统是规避水锤的最有效方法。
在设计管道系统时，应尽量减小管道的波动和管道内流体的惯性力。
水锤问题的解决方案通常包括减缓流体的速度，改变管道材料或加厚管道壁厚度，或者采用波纹式管道来减少惯性力。
2. 安装减压器和减震器。
安装减压器和减震器是一种有效的防止水锤的方法。
减压器可以将流量控制到一个安全的范围内，从而减少管道内的液体惯性。
减震器可以减少管道内的振动和噪音。
安装减压阀和缓冲器可以有效地控制管道内的液体压力和流量，从而减少水锤的可能性。
减压阀可以控制管道内的液体压力，从而有效减少水锤的发生。
缓冲器则可以吸收管道内的压力波，从而减少水锤的影响。
4. 管道内设置气垫和减震垫。
5. 定期维护管道系统。
定期维护管道系统可以有效地预防水锤的发生。
在维护管道系统时，应及时检查管道系统的运行状态，并定期更换陈旧的管道设备和部件，以确保管道系统的安全和稳定运行。
总之，水锤是一种常见的管道问题，可以通过合理设计管道系统、安装减压器和减震器、设置气垫和减震垫以及定期维护管道系统等方法有效地规避和控制。
通过采取合适的防护措施，我们可以确保管道系统的安全和稳定运行，为我们的生产和生活带来更多的便利和安全保障。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施前言建筑消防给水系统作为一种供应消防水的系统，具有广泛的应用和重要意义。
在建筑消防给水系统中，停泵操作是一种常见的操作，但如果不注意，在停泵过程中会产生水锤现象，给系统带来严重的影响。
因此，本文将介绍建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施。
建筑消防给水系统中的水锤现象水锤是指管道内的液体在运动中受到突然变化的力后产生的瞬间液压波。
当液体受到阻碍，如管道内蒸汽闸门、阀门等的突然关闭、阀门快速开启或关闭、水泵启动或停止时，将会产生瞬间的阻力，液体在瞬间变化的力下形成一种液压波，产生了水锤现象。
水锤现象对含气液体管道来说是一种严重的危险，其压力和震动不仅使管道和配件产生变形和管道接头产生破裂、还会对器具和工作人员产生潜在的危害，对建筑消防给水系统的工作产生极大的影响。
建筑消防给水系统中停泵水锤的产生原因建筑消防给水系统中的水泵作为推动消防水进入建筑内部的主要器材，其启停过程对于系统运行的影响非常大。
在建筑消防给水系统中实施停泵操作时，其主要目的是为了进行巡查、检修和更换机械故障等维修。
然而，停止水泵时也就是关闭水泵，在管道内产生压力瞬间变化的情况，此时就会产生水锤现象，导致系统受损，甚至影响的更大范围。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法由于建筑消防给水系统中停泵操作会引起水锤现象，因此，为了有效地缓解系统被水锤现象压力，一些算法被设计用来解决水锤问题。
以下将引入Dahl算法以及它的增强型来控制建筑消防给水系统中的水锤问题。
Dahl算法Dahl算法是对管道内液体实施流动控制和维持管道稳定的一种算法。
该算法仔细研究了水锤现象的机理，以此设计了一种算法，可以在管道中控制液体的流动，从而防止水锤的产生。
Dahl算法根据下列几个方面对管道液流状态进行监控：1.控制水流速度和流量。
2.调整管道内的压力。
3.调整管道内的废气压力。
4.检查管道内的流速。
5.检查管道内的流动状态。
水锤分析计算和防护措施
浅析水锤分析计算和防护措施摘要：在水泵正常运行时，如果突然断电，在供水管道中将形成大于水泵正常工作压力数倍的水锤压力，造成水泵和供水管道破坏。
采用特征线法对取水泵站进行了水锤分析。
计算结果表明：水锤压力较大，影响水泵及管路的安全稳定运行。
本文主要对水锤产生的原因、危害及一些常见的防护措施进行了介绍。
关键词：水锤；水柱脱流；水锤防护一、水锤现象水锤现象在压力管路中，由于流体的流速剧烈变化而引起一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象，称为水锤（水击）现象，也称水力瞬变。
目前，国内外普遍将压力输水管路中所发生的各种水锤现象，通称为输水管路的水力过渡过程。
管路中发生水锤现象时，随着压力的交替升降，液体分子质点将相应地呈现密疏状态交替变化，这种变化以纵波形式沿管路往复传播，因此水锤现象是一种波动。
在有压管路中，由于流速的剧烈变化和水流的惯性而引起一系列急骤的压力变化和密度变化。
它们的综合作用结果，在物理现象上表现为快速传播的水锤波动。
水锤波动全过程包括压力波的产生、传播、反射、干涉以及消失的整个物理过程。
水锤的传播只限于连续的水流中，当管路中出现水柱分离时，水锤波的传播受到影响，将会引起更加复杂的物理过程。
引起水锤的主要原因有：1）启泵、停泵、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，水流速度发生急剧变化的情况下。
2）事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时，较多是由于配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。
图1-1 供水系统水锤过程线图二、水锤的危害长距离高扬程输水工程中，水锤事故的发生是较为普遍的现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。
事故产生的实例也是多种多样的，例如，水电站内因关闭水轮机导叶时操作失误，而造成压力管内水压上升；泵站系统中，因断电或其他原因而使水泵突然停泵，压水管内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，导致停泵水锤。
水锤事故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂（即爆管），致使供水中断，影响正常的生产生活；重则造成淹毁泵站、泵船沉没等严重后果。
常见管道系统水锤与防护
加热器或凝汽器边界的概化
四 长距离输送管道
长距离输送管道
长输系统
特点：低扬程大流量泵，扬程主要用于补偿沿程损失，
额定扬程<100m,一般30~60m，局损可忽略 长管系统必须考虑水和管道的弹性
趋势：大型化、连续化、关系复杂、地形复杂、介质 多样
现象：坡顶负压段空化、坡地管道水柱拉断，水柱弥 合、气锤、启动过程空管
与活页式快速闸门联合运用的实施例
排气
H外江
超驼峰水深
H内湖
与活页式快速闸门联合运用的实施例
H外江
超驼峰水深
H内湖
大型排水泵站
启动水锤
电机（起动力矩）、泵（阻力矩）、流道（流量 与几何扬程）
防止启动扬程（流量小、扬程大）进入马鞍区，同步 电动机的起动投励困难，启动失败危及泵站设备安全
虹吸出水流道，有拍门：抽真空启动（真空破坏 阀） 直管出水流道，无拍门：通气管排气启动
注意局部短管处理，防止时间步长过小计算不经济
水锤防护措施
根据水锤计算结果合理调度 启动充水泵，泵后旁通管 进、排气阀 调压罐（塔）
长输管道地形及水锤计算结果
30 公 里， 31 个 节 点
停泵后计算结果
最高处：长期汽化状态
较低处：初始振荡，正压状态
长距离输油系统
并、串联油泵站系统——泵旁路的计算
C : H p H A B(Qp QA ) RQA | QA |
C : H p H B B(Qp QB ) RQB | QB |
城市供水管网——水锤计算
二、索引（《瞬变流》11章）
定义：一种整型数组，将系统的几何形态和性能按特定数 字型进行描述，使程序能够有效的求解各种边界条件。
长距离输水管道出现水锤现象的原因及解决对策研究
892023年4月上 第07期 总第403期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0.引言根据工程实际地形情况，一般情况下，长距离输水管线输水方式可选择重力流和泵送流两种。
通常在工程条件允许的情况下优先选择重力流输水方式。
但当管线上的阀门关闭操作不当或出现水锤造成爆管事故。
泵送流输水方式是通过泵站加压的方式输水，此类管线运行涉及水泵加压，事故停泵时导致水锤波叠加引发重大爆管事故。
因此，大口径重力流、泵送流混合的长距离输水管线更为复杂，一旦产生水锤现象引发爆管事故，将导致全线停运中断供水，且抢修工作困难，抢修周期长，会带来重大损失。
为预防爆管事故的发生，需有针对性地做好防护措施，因此管道薄弱段分析研究至关重要。
文章以某大口径重力泵送流混合长距离输水做为供水企业应保证安全、优质、经济的水源服务于用水户。
在城市化发展的过程中，城市人口数量激增，对城市供水系统施加不小的压力。
在此过程中，爆管现象逐渐增多，无法满足城市居民对水资源的使用需求，也造成严重的水资源浪费问题。
因此，当下有必要深入分析城市管道工程的水锤现象，掌握水锤现象出现的原因，在此基础上选择预防与控制方法。
1.水锤现象出现原因分析水锤现象主要诱因为水流在管道内流速出现巨大变化所致，水流拥有可压缩性与惯性，如果水流在运动中流速出现较大变化，对水体总量形成影响，导致水体总量在短时间内急剧变化，变化部分产生的动能冲击输水管内壁，致使输水管路形状发生变化。
水锤拥有较强的破坏力，就目前输水管材质对外力的承受能力，难以抵消水锤产生的力，破坏输水管结构，为工程埋下较大的隐患。
对于长距离输水工程，需要考虑水锤现场，提前选择防御方法，消除水锤压力，保护输水管，其为输水工程稳定、安全运行的重要保障。
经过统计长距离输水工程出现水锤现象的概率较大，施工单位有必要加强对水锤预防工作的重视程度，需要改变传统观念，基于工程数据进行安全设计，确保输水管工程安全、可靠运行。
如何预防水锤
如何预防水锤什么是水锤？水锤，也被称为液压冲击或水击，是由于液体快速停止或改变流动方向而产生的压力波峰。
在给水系统中，当阀门突然关闭或泵停止运行时，液体会产生反向流动，导致压力骤增，从而引发水锤现象。
水锤的冲击力可能对给水系统和管道构件造成严重损害，甚至导致泄漏和破裂。
预防水锤的方法预防水锤的主要方法包括安装减压阀、缓冲蓄能器和减震器，以及合理的系统设计。
下面将详细介绍这些方法。
1. 安装减压阀减压阀可以减少压力骤增，防止水锤的发生。
减压阀通常安装在系统中的水泵出口或液体流动方向改变处。
通过减小系统压力骤增，减压阀可以有效缓解水锤现象，并保护管道系统。
2. 安装缓冲蓄能器缓冲蓄能器是一种装有可压缩空气的容器，它可以通过吸收和缓冲液体流动时产生的压力变化来防止水锤。
当阀门突然关闭或泵停止时，蓄能器可以通过释放储存的空气，来减少液体冲击力和压力波峰的产生。
安装缓冲蓄能器可以有效地降低水锤的压力，减少对管道系统的冲击和损坏。
3. 安装减震器减震器是用于吸收管道系统液体流动中的振动和冲击的装置。
它们通常是由有弹性的材料制成，可以减缓水锤的产生。
减震器可以在管道系统中的关键位置和装置上安装，例如弯头、阀门和泵。
通过减少冲击和振动，减震器可以延长管道设备的使用寿命，预防水锤的发生。
4. 合理的系统设计除了安装减压阀、缓冲蓄能器和减震器外，合理的系统设计也是预防水锤的重要因素。
在系统设计中，应考虑以下几个方面：•正确计算水流速度和管道直径，确保水流速度适宜，以避免压力波峰的产生；•对于长距离和大直径的管道，应增加冲洗管和缓冲室，以减少冲击和液体反向流动；•使用适当的弯头和过渡件来减少液体流动的冲击；•定期检查和维护管道系统，及时发现和修复潜在问题，以防止水锤的发生。
总结水锤是给水系统中常见的问题，但通过安装减压阀、缓冲蓄能器和减震器，以及合理的系统设计，可以有效地预防水锤的发生。
在设计和安装管道系统时，务必密切注意水锤的可能性，并采取适当的措施，以确保系统的安全稳定运行。
常见管道系统水锤与防护
水资源浪费
水锤会导致大量的水资源 流失，给供水系统带来负 担。
环境污染
水锤会导致管道破裂、阀 门损坏等，从而产生污水 泄漏，对环境造成污染。源自03常见的水锤防护措施
缓闭止回阀
缓闭止回阀是一种阀门，用于防止水锤对管道系统的冲击 。当管道中的水流突然停止或减小时，缓闭止回阀可以缓 慢关闭，以减小水锤对管道的冲击力。
智能化水锤防护技术可以大大提高管道系统的安全性和稳定性，减少水锤对管道系统的破坏，并降低 人工维护成本。未来随着传感器、通信和控制技术的发展，智能化水锤防护技术将得到更广泛的应用 。
新型水锤防护材料
新型水锤防护材料是指具有优异力学 性能和耐久性的材料，用于制造管道、 阀门等部件，以提高其抗水锤冲击的 能力。
合理利用资源
在保证安全可靠的前提下，应合 理利用资源，避免浪费，降低工 程成本。
05
水锤防护的未来发展
智能化水锤防护技术
智能化水锤防护技术是指利用先进的传感器、控制技术和算法，实现水锤防护的自动化和智能化。通 过实时监测管道系统的压力、流量等参数，系统能够自动识别和预测水锤发生的风险，并采取相应的 防护措施。
02
水锤产生的原因和影响
水锤产生的原因
突然的流量变化
输水高度变化
在管道系统中，如果突然关闭或开启 阀门、水泵等设备，会导致水流速度 的急剧变化，从而产生水锤现象。
在供水系统中，由于地形高差或水泵 扬程的变化，会导致输水高度发生变 化，从而产生水锤。
流体不稳定性
管道中的流体在正常流动时，如果遇 到阻碍或拐弯，会产生压力波动，当 压力波动过大时，就会形成水锤。
安全可靠的原则
安全防护措施
在设计和施工过程中，应采取必要的安全防护措施，如设置安全阀、压力传感器等，以保障管道系统 的安全运行。
水锤防护的措施
水锤防护的措施水锤是流体力学中的一个现象，当流体在管道中瞬间停止或者改变流速时，会产生压力波动导致水锤现象。
水锤不仅会对管道系统造成损坏，还会危及系统的安全性。
因此，水锤防护的措施对于管道系统的稳定运行至关重要。
下面将介绍一些水锤防护的常用措施。
1. 安装减压阀减压阀是一种常见的水锤防护设备，它能够通过控制阀门的开启和关闭，调节管道中的流速和压力。
当管道中发生水锤现象时，减压阀能够通过及时调节阀门的开启程度，迅速降低压力波动，保护管道系统不受损坏。
2. 安装水锤消除器水锤消除器是一种专门用来消除水锤现象的装置。
它通常由容器、气体和液体组成。
当水锤波动传播到水锤消除器时，液体会进入容器中，同时气体被压缩。
当压力波动消失后，液体会再次流回管道中，气体也会扩张回复原状。
通过这种方式，水锤消除器能够迅速减少和消除压力波动，保护管道系统。
3. 采用缓冲罐和膨胀节缓冲罐和膨胀节是常用的水锤防护装置，通过扩大管道系统的容积来消除水锤现象。
缓冲罐和膨胀节一般安装在管道上，当管道中发生水锤现象时，罐内的空气或液体会吸收压力波动，起到平衡和缓冲的作用，从而保护管道系统。
4. 合理设计管道系统合理设计管道系统是最根本的水锤防护措施。
设计时需要充分考虑流体的流速、管道的长度、截面积以及弯曲角度等因素，尽量减少管道系统内的尖锐转弯和突然截面变化。
此外，根据具体情况合理安排水泵的工作方式和启停时间，也能有效减轻水锤现象。
5. 定期维护和检查定期维护和检查是水锤防护的重要环节。
定期检查管道系统的工作状态，例如检查管道上的阀门、减压阀、缓冲罐和膨胀节等设备是否正常运行，是否存在漏水或损坏。
同时，要定期检查管道内的流速和压力情况，记录管道系统的工作数据，及时发现问题并采取措施修复，以保证管道系统的安全稳定运行。
6. 培训员工提高员工对水锤防护的认识和培训是必要的。
员工要了解水锤的原理和危害，掌握水锤防护的措施和应急处理方法。
只有员工具备了水锤防护的相关知识和技能，才能够在实际操作中及时发现和解决问题，最大限度地保护管道系统的安全。
水锤综合实验总结
水锤综合实验总结水锤综合实验总结一、引言水锤是指在管道系统中由于阀门的突然关闭或开启而产生的压力冲击波。
这种冲击波会对管道系统造成严重的损坏，甚至导致爆破事故。
为了研究和预防水锤现象，进行了水锤综合实验。
二、实验目的1. 理解水锤现象的产生原理；2. 掌握测量和分析水锤冲击力和压力波动的方法；3. 研究不同参数对水锤现象的影响；4. 提出相应的预防措施。
三、实验装置1. 实验装置主要由供水系统、试验管道、阀门和传感器组成。
2. 供水系统包括供水泵、储水罐和调节阀，用于提供一定流量和压力的液体。
3. 试验管道是一个直径为50mm的钢制管道，长度为10m，上面安装有多个传感器。
4. 阀门用于控制液体流动速度和关闭时产生冲击波。
5. 传感器包括压力传感器、加速度传感器和位移传感器，用于测量压力、冲击力和位移。
四、实验步骤1. 打开供水泵，调节调节阀使液体流动速度稳定在一定值。
2. 记录不同阀门开启和关闭速度下的压力波动曲线，并测量相应的冲击力和位移。
3. 改变液体流动速度，重复步骤2。
4. 分析数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. 实验数据显示，在阀门突然关闭时，管道内产生了明显的压力波动。
这是由于液体在突然关闭时产生了惯性作用，导致压力迅速增加。
2. 随着阀门关闭速度的增加，压力波动幅度也增大。
这是因为关闭速度越快，液体惯性作用越大，产生的冲击力也越大。
3. 在不同流动速度下进行实验发现，流动速度越大，压力波动幅度也越大。
这是因为流动速度越大，液体惯性作用越强，产生的冲击力也越大。
4. 通过分析实验数据得出结论：水锤现象与阀门开关速度和流动速度密切相关。
在实际工程中，应注意控制阀门的开关速度和流动速度，以避免水锤现象的发生。
六、实验总结1. 通过本次水锤综合实验，加深了对水锤现象的理解。
水锤是由于阀门的突然关闭或开启而产生的压力冲击波，对管道系统造成严重损坏。
2. 实验结果表明，水锤现象与阀门开关速度和流动速度密切相关。
水锤的产生及有效规避
水锤的产生及有效规避水锤在流体力学中被定义为由于管道内液体运动突然改变引起的压力波。
当液体在管道中发生突然变化时，如阀门的突然关闭、泵的突然停止等，会产生一个冲击波，这会导致管道内出现过高的压力，在严重情况下甚至会造成管道破裂和设备损坏。
控制和规避水锤是非常重要的。
水锤产生的原因主要有两个：液体惯性和阀门的关闭。
当液体在管道中流动时，会具有一定的惯性，如果突然间发生流动速度的改变，液体的能量将不能立即适应新的流动情况，从而产生冲击波。
当阀门快速关闭时，液体流速会快速降低，而惯性会使液体继续流动，也会产生冲击波。
有效规避水锤主要有以下几个方法：1. 设计合理的管道系统：在设计管道系统时，应根据具体情况合理选择管道材料、管道直径和阀门的位置等。
合理的设计可以减小水锤的产生。
2. 安装减压设备：在管道系统中设置减压阀、气压罐等减压设备，可以通过改变管道内的压力来减小水锤的产生。
3. 建立缓冲装置：在管道系统中设置缓冲装置，如流速慢化区、波浪消能装置等，可以减缓水锤冲击波的传播速度，降低水锤的压力。
4. 控制阀门的关闭速度：在阀门快速关闭时，水锤的压力会更大，因此可以通过控制阀门关闭速度来减小水锤的产生。
5. 操作技术控制：在阀门关闭或泵停止操作时，应采取缓慢关闭的方式，避免突然关闭引起的水锤。
6. 定期维护和检查：管道系统的定期维护和检查能够及时发现问题，并采取相应的措施进行修理，防止管道漏水和设备故障引起的水锤。
水锤是一个常见的流体力学现象，但也是一个危害性大的问题。
为了避免水锤带来的损害，我们可以通过合理设计管道系统、设置减压设备、建立缓冲装置、控制阀门关闭速度、采取操作技术控制和定期维护等方法来规避水锤的产生。
这些措施的实施将能够提高管道系统的工作效率和安全性。
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管道系统在工业、化工等领域中的应用非常常见，而水锤现象又是管道系统的一种常见危害，一旦发生水锤现象，轻则带来一定的经济损失，重则会对人员的生命安全带来很大威胁，因此，需要引起足够的重视。
造成水锤的原因是多样的，比如发生了事故停泵、阀门快速关闭等，如何才能采取有效的防护措施对水锤现象进行防范，正是本文即将探讨的内容。
1 水锤现象及其危害
所谓水锤现象，主要是指在突然断电或者阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生了水流的冲击波，就像是锤子敲打一样，因此叫做水锤。
通常情况下，水流冲击波会产生较大的敲打力，对阀门或者水泵等设施带来很大的破坏。
相应的，“水锤效应”主要是指在水管的内部，由于管壁光滑，水流动自如，当打开的阀门突然被关闭，水流就会对管壁以及阀门产生一个较大的压力，同时产生破坏作用，这种破坏作用就称为“水锤效应”。
水锤效应又分为正水锤以及负水锤两种，其中负水锤主要是在阀门被突然打开的状况下发生的，其破坏力并不如前者那样大。
2 管道系统中水锤防护的适用范围及防护措施
2.1 水锤防护措施的适用范围
在工业管道中，一般采用压力输水的形式，在输水的过程中很容易发生水锤危害，其中尤以停泵的水锤危害更为严重。
笔者根据自身经验，认为如下几种情况比较适用于采用水锤的防护措施，一是单管向高处输水，而且供水地形的高差在20米以上；二是水泵有着较大的扬程；三是输水的管线距离过程，同时管线经过的地形也较为复杂；四是输水管道内的水流速度较大；五是在自动化的泵站中阀门关闭过快。
2.2 设计过程的水锤防护措施
由于设计不合理导致的水锤危害事故也经常发生，因此，需要从设计过程就开始加强对水锤防护措施的应用。
对设计者而言，首先需要对各种可能发生的水力过程进行分析，这不仅利于在设计中选择最佳方案，降低工程造价，还能够在运行中提高系统的安全可靠性。
而目前在对其分析中，主要将数值计算的方法应用在电子计算机之中进行模拟，然后再结合获取的模拟计算结果制定相应的防护措施。
而设计的要点主要涵盖如下四个方面，一是对阀门的种类进行科学选择，合理调节和控制阀门，比如缓慢地开启或者关闭，以降低输水管道中流速的突变；为了防止水流倒泄和水泵机组反转，而又不产生过高的水锤升压，则可采用各种形式的缓闭式止逆阀或两阶段关闭的可控阀。
二是注水或注空气稳压，从而控制住系统中的水锤压力振荡，防止真空和断流空腔再弥合水锤过高的升压。
比如，注空气阀以及空气罐等。
三是泄水降压，避免压力陡升。
而覆盖该种类型的主要有停泵水锤消除器、设置旁通管等等。
四是针对其他类型，如选用转动惯量大的水泵机组或增装惯性飞轮等。
以上方式都能够明显降低水锤带来的危害。
2.3 运行管理中的水锤防护措施
运行管理过程不善也是造成水锤现象发生的重要因素，而从我国近些年来发生的重大水锤事故的原因进行分析也发现，设备维修不善或者失误操作是造成水锤现象的主要原因。
因此，运行管理人员的日常维护、管理以及严格按照运行规程进行操作显得非常重要。
具体来说，可以从以下几个方面来加强对运行管理过程中的水锤防护措施：
1）确保水泵系统的状态完好。
机组正常启停机前，操作人员应在熟练技术人员的监护下进行现场检查，确保水泵系统设备完好，待监控系统显示机组已满足开停机条件后方可按正常开停机程序开停机。
同时，在设备的正常运行期间，检修人员还要实时对机电设备进行维护，而操作人员也要重视对现场的巡检工作，并对相关的运行参数进行监控。
2）输水系统的优化。
对于靠近出口阀的位置应该采用管道增强措施，尤其对于容易发生水锤现象的位置处增加支撑来减少共振现象的发生。
同时，加强对取水处的清淤以及建筑结构加固和修补也是有效的防范水锤的有效措施。
3）严格按照操作规范进行相应的操作。
尤其需要严格在相应的规范下进行设备的启、停操作，而且还要做好对水锤防护设备的日常维护工作。
需要注意的是，如果在停机后还需要再次开机，坚决不能够在水流还处于停机瞬变流过程中开机，反之亦然。
3 结束语
总之，在管道系统的设计和运行管理中如果不对水锤现象的防范引起足够的重视，极易为企业带来较大的经济损失，甚至是人员的伤亡。
因此，对于企业来说，应该加强对相关人员的培训，使其能够重视水锤现象的危害，继而严格按照管理制度及操作规程的要求进行操作。
参考文献
[1]张庆.长距离液相输送管道水锤现象分析、计算和防护[J].化工与医药工程，2015，1：11-14.
[2]李小周，朱满林，陶灿.空气阀型式对压力管道水锤防护的影响[J].排灌机械工程学报，2015，7：599-605.
管道系统中的水锤及其防护研究
方永 周宏
浙江省天正设计工程有限公司 浙江 杭州 310012
摘要：本文对水锤现象及其危害进行了分析，并对水锤管道系统中水锤防护的适用范围及有效的防护措施进行了研究。
关键词：管道系统 水锤 防护
Water hammer and preventive measures in pipeline
Fang Yong，Zhou Hong
Tianzheng Design and Engineering Co.，Ltd.，Hanghzou 310012，China
Abstract：This article introduces the water hammer and its harm.The preventive measures and its application scope in pipeline system are described as well.
Keywords：pipeline；water hammer；prevention
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