灌溉系统中水锤的解决方案

灌溉系统中水锤的防治办法

供水管道总会产生一阵阵有节奏的异响，作为工程人员我们应知道，这是水锤现象会危害我们的管网及设备，必须尽早处理及时预防。

一、何为水锤现象？

在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停机）使水的流速突然发生变化，从而引起水击，这种水力现象称为水击或水锤。液体在管内流动时，它具有动能，当液体突然停止，它的运动能量必须被消除。这时能量变成自停止点开始的高压波，以近声音的传播速度沿管路系统来回传递，使管内液体膨胀并撞击管路，发出刺耳的噪声。

也就是说：快速地开泵、停泵、开关阀门，使水的流速发生急剧变化，就是产生水锤现象的基本原因。

二、水锤的危害

水锤效应有极大的破坏性：由于水锤的产生，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍、几十倍，其危害很大，严重时会引起管道的破裂，影响生产和生活。压强过高，将引起管子的破裂，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。

水锤现象可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转，管网压力降低等。

三、常见水锤现象的原因分析及对策

既然管道系统内水的流速的急剧变化是产生水锤的基本原因，我们有必要对此展开深入地探讨，以便寻求应对之策。

1.各种阀门突然开启或关闭，水泵机组突然停机或开启

将响应太快调整为响应迟钝，比如延长开阀和关阀时间，选择开关动作迟钝的阀门，或者选择关键点位安装止回阀。

2.输水管道中水流速度过大；管道过长，且地形变化大

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，水锤值愈大。高山地区灌溉可选择截断管道减压的方式，解决管道铺设过长的问题。也可采用增加专用阀门的方式进行水锤的消除。

采用水力控制阀：一种采用液压装置控制开关的阀门，一般安装于水泵出口，该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭，阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度，通过缓闭来减小水锤冲击，从而有效消除水锤。

采用快闭式止回阀：该阀结构是在快闭阀板前采用导流结构，停泵时，阀板同时关闭，依靠快闭阀板支撑住回流水柱，使其没有冲击位移，从而避免产生停泵水锤。

3.水是液体，具有一定的压缩性能，长期运行必定混有空气

水体中有大量的空气，在输送过程中气体会逸出，并在管道中相对高点聚集。聚积到一定程度时在管道中形成一个断流。随着压力的加大，这个断流部分的空气被压缩，压缩到一定程度的时候，很细微的外界因素就可以引起这部分空气突然爆开。对两侧的水及所在的管道形成巨大的冲击。

这种一般是称为气阻（或气堵），冲击力量相对弱一些，主要的危害是造成水断流后带来的其他的影响。由于这个形成的过程相对要长一些，所以在管路高点设置自动排气阀可以减少气阻产生。

水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力，所以管网中需在高点或合适的位置设计排气阀，排掉管道内压缩空气，破坏水锤产生的条件。

4.水泵总扬程（或工作压力）大

停泵水锤的大小主要与水泵的扬程有关，扬程愈高，停泵水锤值也愈大。因此，应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。

事故停泵后，应待止回阀后管道充满水再启动水泵。

启泵时水泵出口阀门不要全开，否则会产生很大的水冲击。很多泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。

5.单管向高处输水（供水地形高差超过40米）

在较长的单向或输水管路中，增设一个或多个止回阀，把输水管划分成几段，每段上均设止回阀。当水锤过程中输水管中水倒流时，各止回阀相继关闭把回冲水流分成数段，由于每段输水管（或回冲水流段）内静水压头相当小，从而降低了水锤升压。此项防护措施，可有效的用于供水高差很大的情况；但不能消除水柱分离的可能性。其最大的缺点是：正常运行时水泵电耗增大、供水成本提高。

四、预防消除水锤的其它方法

1.采用恒压控制技术

对水泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制。由于供水管网压力随着工况的变化而不断变化，系统运行过程中经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏，采用变频自动控制系统，通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制变频器设定泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。

2.安装水锤消除器、安全阀或自动泄压阀

该设备主要防止停泵水锤，一般安装在水泵出口管道附近以及压力设计较高的位置，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动

打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击。

水锤消除器：该设备主要防止停泵水锤，一般安装在水泵出口管道附近，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，即当管道中的压力低于设定保护值时，排水口会自动打开放水泄压，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击，消除器一般可分为机械式和液压式两种，机械式消除器动作后由人工恢复，液压式消除器可自动复位。

泄压保护阀：该设备安装在管道的任何位置，和水锤消除器工作原理一样，只是设定的动作压力是高压，当管路中压力高于设定保护值时，排水口会自动打开泄压。

3.进排气阀安装

管径变化处：在工程施工中管径由大变小时，一般都采用中心线对接方式，当水流速度不大时，气体会聚集于连接口处而无法被水流带走，形成气囊。

管道坡顶：对于有坡管道，气体在水中一般都是上行的，很容易在坡顶发生聚集，有时甚至堵塞管道、中断水流。

管道交叉处：在管道交叉处，水流一般也是从大管径流向小管径，易发生类似管径变化处的气体聚集。

逆坡管道：在逆坡管道水流向下流而气泡向上运动，当浮力不足以克服水流推力时，气体便聚集在管壁处而形成气囊。

排气阀安装位置：

排气阀的安装位置直接影响着排气效果和管道的运行状态。设计人员在设计时，往往局限于局部最高点，其实排气阀的安装位置有多种，只有对整个管道综合考虑，才能使排气效果达到最佳。常见的安装地点有以下几个位置：局部最高点、下降坡度变大点、上升坡度变小点、长距离无折点上升或下降管段。另外，每隔300～500m需安装一个排气阀。