供水管线工程水锤设计分析及探讨

供水管线工程水锤设计分析及探讨
摘要：在长距离输水管线中，当事故停泵时，管路会产生负压，甚至出现汽
化和水注分离，若不采取合理的防护措施将会导致管线的破坏；停泵过程中“允
许最低压力值”的选定，将直接影响到防护措施的选择，从而影响工程的经济性、合理性及环保性，通过某净化水厂至某区扬水泵站供水管线工程为研究背景，在
不同“允许最低压力值”标准下的过渡过程模拟计算，对工程中水锤现象产生的
原因进行分析的基础上，提出了设置 2 座单向调压塔和 6 座双向稳压塔防止水
锤效应发生的思路和方法。

关键词：长距离；有压输水；水锤防护；系统设计
水锤现象经常见于水利工程中，是指由于水泵突然的启停或者闸门的开关而
在管道内产生的严重水力作用。

由于管道内壁具有较高的光滑度，当特殊工况
( 水泵由开转停，阀门由开转关) 发生时，管道内水流在惯性作用下连续冲击阀
门和泵，在极短时间内水力骤增，管道局部压强可达平时数值的几十倍，被称为“正水锤”，其破坏力极大。

而当与之相反的工况( 水泵由闭转开，阀门由关转开) 发生时，管网压力迅速减小，造成负压环境，称为“负水锤”[1]。

本次工程
通过对某净水厂有压输水系统防水锤现象进行实践研究，并对防护措施进行充分
的完善使得管道的结构安全和正常运行的不利影响减少到最低。

1.工程概况
某净化水厂至某区扬水泵站供水管线工程全线长56.28 km，管径为DN800，
管材为球墨铸铁管，主管道流量0.669 m3/s，最大净扬程61.3 m，全线无分支管。

泵站配置三台泵同时运行，单泵流量0.223 m3/s，扬程150 m，转速1450 r/min，效率80%。

2.设计原理
项目采用美国肯塔基州大学开发的KYPipe2010水锤分析软件，该软件可通过研究模拟管线模型稳态流、瞬变流各种水力过渡过程，输出管线正常运行时的稳态水力坡度线和各种瞬态流的水击包络线，优化启泵、停泵、开阀、关阀等瞬态流中各设备复杂的开停机切换操作程序，提出一套技术可靠、经济合理的停泵水锤防护方案，防止输水系统发生破坏性的水锤危害[2]。

3.项目计算及分析
3.1瞬态流过渡过程计算分析
水锤分析显示的是在没有任何防护措施的情况下，当泵发生事故即突然断电时有可能产生的最高和最低压力。

因此，我们只对最不利工况（即突然断电）进行模拟分析，以达到无论在任何工况下都能保证系统安全的目的。

3.1.1突然断电分析
水泵控制阀10s快速关闭工况下管道内的压力变化。

（1）10s快闭工况下断电水锤分析
图1最大/最小压力包络图
图2压力变化图
从分析结果看出，泵控阀在10 s内快速关闭时，管道内最大压力199 m，发生在K33+290处。

正压满足管道承压要求，但管道内多处有严重负压，并有水柱分离工况发生。

建议采取防护措施减少水锤造成的危害。

3.2.2空气阀安装后管道内压力变化分析
水泵控制阀10s快速关闭的压力变化。

图3最大/最小压力包络线图
图4压力变化图
通过在管道沿线安装67台空气阀，其中12台为防水锤型空气阀，55台为普
通组合式空气阀，负压已基本消除。

另外，为防止无操作等原因导致管道超压情
况发生，建议在管道沿线低点安装两台超压泄压阀，为K33+290、K41+850，设定
压力分别为1.9 MPa、1.4 MPa。

4.结论及分析
通过某净化水厂至某区扬水泵站供水管线工程在水锤设计的分析，建设过程
中为防止管道内出现负压，建议沿线安装68台空气阀，其中防水锤型空气阀12台，组合式空气阀59台；建议分别在K33+290、K41+850安装一台安全泄压阀，
防止误操作导致管道超压。

参考文献：
[1]刘政，桂波，李晓一等。

长距离输水管线负压控制规范要求及防护措施
探讨[J]。

水科学与工程技术，2021，2: 52～56。

[2]杨宇。

长距离有压输水系统防水锤设计探析[J].水利建设与管理，2015，9:35～37。