工业管道系统的水锤及其防护措施
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。
第四节 水锤计算的特征线法
第四节水锤计算的特征线法 前面介绍了水锤计算的解析法。解析法的优点是应用简便，但难以求解较为复杂锤问题。水锤计算的特征线法原则上可以解决任何形式的边界条件问题，可以较合理应水轮机的特性，能较方便地计人摩阻的影响，也便于用数字计算机计算。 特征线法有两种，一种以ζ-v（或H-V）为坐标场，一种以x-t为坐标场，两法的结果是一致的。 图14-12 简单管示意图 一、以ζ-v为坐标场的特征线法 图14-12表示一特性沿管长不变的水管，P为管中任意一点，距A点和B点的距离分为和。根据基本方程式(14-5)和式(14-6)可导出求解P、B、A三点水锤压强时征线方程。 （一）任意断面P的水锤求解 根据基本方程式（14-5）和式（15一6），P点在时刻t的压强和流速变化为 式中上标“P”表示地点，下标“t”表示时间，例如，表示P点在时刻t的水头，余类推。对于某一确定的断面P，为一常数，为便于书写，在波函数F和f中略去了。 对于A点，在时刻可写出下列相似的方程 因F是由A向P传播的反向波，故。由于水管特性不变，。考虑以上关系，将式(a)和式(b)两组方程相减，得 以上二式消去f，并将ζ=△H/Ho、v=V/Vmax和ρ=cVmax/2gHo。 对于B点，在时刻可以写出与式(b)相似的方程
因f是由B向P传播的正向波，故，将式(c)与(a)两组方程相减，以上法处理，得 从形式上看，式（14-35）是反x向写出的，称之为反向方程，在ζ-v坐标场上是一根斜率为2ρ的直 线，如图14-13中的线；式（9-36）是顺x向写出的方程，成为正向方程，在ζ-v坐标场上是一根斜率为-2ρ的直线，如图14-13中的线。 图14-13 ζ-v坐标场上得特征线 在式（14-35）和式（14-36）中，如已知A点在时刻和B点在时刻的压强和流速 ，即可求出P点在时刻t的压强和流速。和为图14-13中Pt的坐标值，可用 和两条直线的交点求出。用特征线法求解压强和流速的方法就是过去广为采用的水锤计算的图解法。 （二）进口B点的水锤求解 已知P点在时刻t的压强和流速，列出PB间反向方程 压力水管进口为水库或平水建筑物，,故由上式可确定未知量。 （三）管末A点的水锤求解 已知P点在时刻t的压强和流速，列出PA间的正向方程
水锤产生的原因危害及预防措施
谈水锤产生原因 、危害和预防措施 水锤产生原因、 我公司施工的绿城千岛湖度假公寓1#楼工程，空调管道中连接风机盘管的不锈钢软接出现多处断裂，造成吊顶泡水的严重后果。另外杭州金沙港旅游文化村度假用房某楼也发生了给水铜管管件断裂的事故，同样造成了吊顶泡水的严重后果。这二起事故都造成较大经济损和负面影响，经现场踏勘和相关情况的了解分析，造成这二起事故的原因为“水锤”。 先说说什么叫水锤、产生水锤的原因及其危害：水锤是在突然停泵或者在阀门关闭或打开太快时,由于压力水流的惯性,产生的水流冲击波,由于象锤子敲打一样,所以叫水锤。水锤产生的原因是： 1、阀门突然开启或关闭。由于管道内壁光滑，水流动自如，当阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力，后续水流在惯性的作用下，使压力迅速达到最大，并产生破坏作用，这是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开时，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。2、水泵突然停止或开启。水泵起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象；水泵停止时，管道中的水靠惯性以逐渐减慢的速度继续向用水点流动，然后流速降到零，管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。由于管道中水的流速变化，从而引起水锤的发生。3、管道中存在空气。空气柱在突然降压或升压时会膨胀或压缩推动水柱运动，这样气推水、水推气，形成水锤。另外管道向高处输水（高差超过20米）；水泵总扬程（或工作压力）大；
第九章-水电站的水锤及调节保证计算
第九章水电站的水锤及调节保证计算 本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水锤简化计算、复杂管路的水锤解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。 第一节概述 一、水电站的不稳定工况 由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。其主要表现为： (1) 引起机组转速的较大变化 丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高 增加负荷：与丢弃负荷相反。 (2) 在有压引水管道中发生“水锤”现象 管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水锤”。 导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。 导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。 (3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。 二、调节保证计算的任务 (一) 水锤的危害 (1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂； (2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动； (3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。 (二) 调节保证计算 水锤和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。 1．调节保证计算的任务： (1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据； (2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。 (3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。 (4) 研究减小水锤压强及机组转速变化的措施。
冷热水管道中的水锤现象
冷热水系统中的水锤现象 意大利卡莱菲公司北京办事处舒雪松 冷热水管道中的水锤现象指管道中的水流在极短的时间内迅速地停止或加速，因此所造成的有力的冲击。比如说，在迅速关闭水龙头，或水泵起停时，经常听到‘嘭’一声短暂的闷响。这就是典型的‘水锤现象’。这种冲击的能量来自于管道内水流速度突然的改变。 ‘水锤’这一名词来源于古代的一种兵器‘攻城槌’，它运用于攻克城墙或城门，它造成的冲击力与水锤现象类似。 图1 ‘攻城槌’由一个长木棒制成，在木棒的顶端有一个铁锤，它能产生的冲击力大小取决于操作武器的士兵的力量。（见图1） 而水锤力量的大小却由很多因素决定。 管道中静止的水只具有‘潜能’，即由它的定额所决定的能量。当定额降低并接近海平面时，其潜能减弱并消失。如果假定海平面为‘0’，高于海平面的海拔高度‘z’,物体质量为m,那么它所具备的能量为mgz：其中‘g’为重力加速度（9.81m/s2）。 如果管道中的水以一定的速度‘v’流动，在潜能上又加入了动能，约为1/2 mv2。这种运行的能量来源于mv, 它代表了水的运动量，即组成水的每一滴水的运动量总和。 就如前面提到的一样，当猛然关闭阀门或水泵时，水的流速突然变为零（v=0），其动能也消失（1/2 mv2=0）同样它的运动量也消失（mv=0）。
但是，水所具备的能量不可能就这样瞬间溶解，它改变为‘压力波’，以声速在管道内传送。这就是‘水锤现象’。它所产生的高压能超过100bar ，而其延续的时间也就仅百分之几秒。由于其速度如此快捷，管道上的压力表根本无法显示出管道系统内这种瞬间弹性的压力波动。 理论上说，水不能被压缩，但为了更好地解释高压的产生，我们必须承认水是能被压缩的，如同气体一样。根据Hoorce 定律，如果将1立方米水压缩1bar ，它体积将减少 50cm 3。当关闭一段管道末端的阀门时（如图2所示）。与阀门接触的水受到压缩，通俗地说, 水‘缩短’了。因此它的部分动能改变为压力能量。这时，其压力由P 变为P+△P ，△P 即是超出的压力。压力波沿着管道相反的方向传送到管道的起点，如水箱。在这儿，水箱的水受到膨胀。如果管道长度L （m ）为阀门上游管道长度，c 为运动速度（m/s ）（紊流传送的速度）。压力波到达管道起点的时间t=L/c (s)。这种情况下，管道内的水流是静止的（v=0）而且是被压缩的。 我们假设管道的起点为一个水箱的入口处，当压力波到达这个假定的入口处截面时，在入口处的水箱一端压力为Px+△P 。一部分可以忽略不计的水从管道回到水箱，这样一来，在水箱至阀门之间产生了负压一△P 。这个负压经过同样的L/c 的时间到达阀门。因此从关闭阀门到负压回到阀门共用时间tc=2 L/c ，称为‘持续时间’。 但是在阀门这儿又出现了一△P 的不平衡，此负压向上游方向延伸。因此在水箱与阀门之间又产生了压力波。这个时间段为3 L/C 。所有这些往返的压力波都在约百分之几秒内完成，如同前面讲到的一样。 如何界定关闭阀门的方式是否会造成水锤呢？我们将关闭的方式分为‘猛烈’式和‘平缓式’。通常说来, ‘猛烈关闭’的方式会带来水锤使压力升高。 当关闭的时间tc<2 L/c 时，这属于‘猛烈’关闭，当tc>2 L/c 时属于‘平缓’关闭。如果是猛烈关闭，超压（或负压）的最高值并不是出现在整个管道长度L （即水箱至阀门关闭处），而是出现在从阀门关闭处开始的Lx=L —（ctc/2）。经过这一段长度后，超压（或负压）将沿程逐渐降低（或增加）。（如图2所示）。如果关闭是‘瞬间的’，以上的压力值将会出现在整个管道内。 值得注意的是，猛烈地关闭阀门会造成超压，猛烈地开启阀门会造成降压。两者都会产生水锤现象。 区别只
长距离供水管线水锤防护措施
长距离供水管线水锤防护措施 发表时间：2019-04-28T15:33:29.030Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：张楠楠邸海龙 [导读] 摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。 中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北秦皇岛 066004 摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。由于长距离输水工程管线长，管道起伏大，要求输水保证率高，因此工程的安全运行问题越来越受到科研、设计、施工及运行管理人员的重视。本文结合水锤特征，根据长距离输水管道系统的特点，提出有效的水锤防护措施。 关键词：长距离；输水系统；水锤防护 我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。 在长距离输水工程中，对加压供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。由于泵站工程在国民经济建设中作用重大，其安全经济运行也备受人们重视。 1 水锤定义及特性 1.1 水锤定义 在有压管路中流动的液体，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵或水轮机组突然停车等）使得液体流速发生突然变化，并由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤。 1.2 水锤特性 水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。由于管壁具有弹性和水体的可压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。水击波传播过程中，在外部条件发生变化处均要发生波的反射。发射特性决定于边界处的物理特性。 2 长距离供水管线水锤防护的必要性 2.1 水锤产生原因 水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。在水利管道建设中都要考虑这一因素。相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。 2.2 水锤危害 在长距离输水工程中，水柱弥合水锤的危害较大，输水管道的流速变化是经常出现的，管道中水流速度变化时，致使管道中水压力升高或降低，在压力低于水的气化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，从而导致管道中的水压力升高，继而形成断流弥合水锤。弥合水锤升值很大，在实验装置观测到的竟达到工作压力的2-4倍，因此对输水安全性的危害很大。 3 水锤防治方法 3.1 缓闭止回阀 缓闭止回阀是止回阀的一种，它是通过缓闭作用来进行水锤防护的。理论和实践证明目前性能较好的是水泵控制阀和液控蝶阀两种。对于较小管径使用水泵控制阀较好；中等管径两种阀门各有千秋；较大管径一般说来液控蝶阀技术优势更大。缓闭止回阀装设在水泵出口处，其口径与水泵出口口径一致。高扬程多起伏输水管道，尤其出现管道局部断流时，水流回冲流速较大，缓闭止回阀快慢二阶段关闭角度的确定更为重要。因此，较重要的工程应该经过水锤计算确定其工作参数，缓闭止回阀选用的公称压力等级也应经过计算确定，以增强安全可靠性。 3.2 双向调压塔 双向调压塔是一种兼有注水与泄水缓冲的水锤防护设备，其设置的主要目的是：防止压力输水干管中产生负压，一旦管道中压力降低，调压塔迅速向管道补水。当管道中水锤压力升高时，它允许高压水流入调压塔中，从而起到缓冲水锤升压的作用。双向调压塔结构简单，工作安全可靠，维护工作少，防护效果好。但是造价高，地形和压力限制塔的高度，水质易受污染以及防冻问题阻碍了双向调压塔的使用。 3.3 箱式双向调压塔 箱式双向调压塔完全具有普通双向调压塔的优点，且克服了超压泄压阀存在的拒动作和滞动作等问题，使管道泄压迅速及时，安全程度大幅度提高；当管道内出现负压时，该调压塔可迅速向管道内补水，以防止水柱拉断产生断流弥合水锤。在水锤防护性能上几乎完全等同于普通双向调压塔，而且其高度可大幅度降低，一般仅2m～5m即可，从而提高了双向调压塔的使用范围，大大降低了工程造价，对于长距离高扬程多起伏管道是一种安全可靠的水锤防护措施。 3.4 进排气阀和超压泄压阀 对于高扬程多起伏长距离输水管道，工况较复杂对水锤防护要求较高，应采用具有恒速缓冲功能的排气阀。恒速缓冲排气阀是恒速排气，既能保证管道中气体及时排出，又使气体在管道内起到一定气垫的作用，在排气结束时又具有缓闭功能，对消减断流弥合水锤效果明显。 3.5 其他防护措施 在水泵汇水总管处装空气罐，但通常空气罐体积较庞大，对于高扬程的输水系统在压力变化范围较大时不宜使用。在管道上装止回阀，可将管道中水柱人为地截成数段，从而减小每段的作用水头，但浪费能耗，管理维修麻烦，实际工程中很少采用。
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 Algorithms and prevention measures for stop-pump water hammer in building fire protection water supply system 摘要：介绍了建筑消防给水系统中水锤的概念与危害；阐述了目前常用的停泵水锤计算方法，并对各种算法的优缺点和适用条件进行了比较；最后，提出了建筑消防系统中停泵水锤的防护措施。 Abstract：Concept and hazard of water hammer in building fire protection water supply system were introduced. Various algorithms currently used for computing stop-pump water hammer were analyzed, and a comparison of the advantages and disadvantages as well as the applicable conditions was made. Finally, prevention measures for stop-pump water hammer in building fire protection water supply system were put forward. 关键词：消防给水停泵水锤防护措施 Key words: fire protection water supply, stop-pump water hammer, prevention measures 引言 水锤是管道瞬变流动中的一种压力波，它的产生是由于管道中某一截面液体流速发生了改变。这种改变可能是正常的流量调节，也可能是事故而使流量堵截，从而使该处压力产生一个突然的跃升或下跌。消防给水管网内的水体平时处于静止状态，检查测试或临警使用
停泵水锤的计算方法详解
停泵水锤计算及其防护措施 停泵水锤是水锤现象中的一种，是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。一般情况下停泵水锤最为严重，其对泵房和管路的安全有极大的威胁，国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。 停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况，并采取相应的防范措施避免水锤的发生，或将水锤的影响控制在允许范围内。我院在综合国内外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践的经验，以特征线法为基础开发了水锤计算程序。这一程序可较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况，为高扬程长距离输水工程提供设计依据。 1 停泵水锤的计算原理 停泵水锤的计算有多种方法:图解法、数解法和电算法。其基本原理是按照弹性水柱理论，建立水锤过程的运动方程和连续方程，这两个方程是双曲线族偏微分方程。 运动方程式为：
连续方程式为： 式中H ——管中某点的水头 V——管内流速 a——水锤波传播速度 x——管路中某点坐标 g——重力加速度 t——时间 f——管路摩阻系数 D——管径 通过简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程： H-H0＝F(t-x/a)+F(t+x/a) (3) V-V0＝g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a) (4) 式中F(t-x/a)——直接波 F(t+x/a)——反射波 在波动学中，直接波和反射波的传播在坐标轴(H，V)中的表现形式为射线，即特征线。它表示管路中某两点处在水锤过程中各自相应时刻的水头H与流速V之间的相互关系。为了方便计算机的计算，将上述方程组变
水锤产生的条件、危害及防护措施
水锤产生的条件、危害及防护措施 水锤简介 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。说的通俗些：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。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。 停泵水锤 所谓停泵水锤是指突然断电或其他原因造成开阀停车时，在水泵和压力管道中由于流速的突然变化而引起压力升降的水力冲击现象。例如电力系统或电器设备发生故障、水泵机组偶发故障等原因，都可能发生离心泵开阀停车，从而引发停泵水锤。 停泵水锤的最高压力可达正常工作压力的200%，甚至更高可以使管道及设备击毁，一般事故造成“跑水”、停水；严重事故造成泵房被淹、设备损坏、设施被毁，甚至于造成人身伤亡
管道水锤破坏的消除措施
管道水锤破坏的消除措施 [摘要]介绍了给水管道的水锤形成的各种原因及分类，针对水锤的形成原因提出了不同的水锤防护措施，并分析其工作原理，保证供水管道系统的正常运行，有很好的借鉴作用。 [关键词]给水管道；管道施工；水锤事故；预防措施 1.引言 社会经济的发展，人们生活水平的提高，要求我们城市供水系统的正常运作也要得到相应的保证。在城市管道事故中管道水锤现象是比较常见但是危害又相对较大的管道破坏形式。因此，对水锤破坏进行相关的分析并提出一些有效的防治措施具有很大的实际意义。 2．水锤 2.1水锤的定义。水锤是有压管道中的非恒定流现象。当阀门或水泵突然的打开，使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水力现象称为水锤。交替升降的压强称为水锤压强。 2.2水锤产生的原因和分类。水锤产生的主要物理原因是液体具有惯性和可压缩性，水锤现象的实质可归纳为由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生改变而引起作用力变化的结果。一般说来，输水管道系统中的过渡过程的起因大体有：启泵和停泵，机组转速发生变化或运行不稳定、动力故障；空气进入水泵或管道系统，泵内发生回流，阀门启闭，线路分流、激流等。其中以事故停机引起的水锤破坏尤为的严重。从不同的角度划分，水锤主要分为以下几种：（1）依照理论分析可以分为刚性水锤和弹性水锤；（2）按关阀历时和水锤相位的关系可以分为直接水锤和简介水锤；（3）按外部成因可以分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤；（4）按水锤发生的不同输水道可以分为封闭管道的水锤、明渠中的水锤和明满交替的水锤；（5）按水锤波动的现象分为水柱连续的水锤和水柱分离的水锤现象。 2.3水锤的危害。水锤有极大的破坏性。由于水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，这种大幅度的压强波动，可导致管道系统强烈振动产生噪声，可能破坏管道、水泵、阀门，并引起水泵反转，管网压力降低等。 3.水锤的消除措施 针对上述水锤形成的机理分析，笔者通过结合工程实践提出几种管道施工过程中经常用到的防护措施。
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。
管道水锤
能源环境 管道水锤破坏的消除措施 中色十二冶金建设有限公司（山西河津） 段效坚 【摘 要】介绍了给水管道的水锤形成的各种原因及分类，针对水锤的形成原因提出了不同的水锤防护措施，并分析其工作原理，保证供水管道系统的正常运行，有很好的借鉴作用。 【关键词】给水管道；管道施工；水锤事故；预防措施 1.引言 社会经济的发展，人们生活水平的提高，要求我们城市供水系统的正常运作也要得到相应的保证。在城市管道事故中管道水锤现象是比较常见但是危害又相对较大的管道破坏形式。因此，对水锤破坏进行相关的分析并提出一些有效的防治措施具有很大的实际意义。 2．水锤 2.1水锤的定义。水锤是有压管道中的非恒定流现象。当阀门或水泵突然的打开，使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种变化以一定的速度向上游或下游传播，并且在边界上发生反射，这种水力现象称为水锤。交替升降的压强称为水锤压强。 2.2水锤产生的原因和分类。水锤产生的主要物理原因是液体具有惯性和可压缩性，水锤现象的实质可归纳为由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生改变而引起作用力变化的结果。一般说来，输水管道系统中的过渡过程的起因大体有：启泵和停泵，机组转速发生变化或运行不稳定、动力故障；空气进入水泵或管道系统，泵内发生回流，阀门启闭，线路分流、激流等。其中以事故停机引起的水锤破坏尤为的严重。从不同的角度划分，水锤主要分为以下几种：（1）依照理论分析可以分为刚性水锤和弹性水锤；（2）按关阀历时和水锤相位的关系可以分为直接水锤和简介水锤；（3）按外部成因可以分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤；（4）按水锤发生的不同输水道可以分为封闭管道的水锤、明渠中的水锤和明满交替的水锤；（5）按水锤波动的现象分为水柱连续的水锤和水柱分离的水锤现象。 2.3水锤的危害。水锤有极大的破坏性。由于水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，这种大幅度的压强波动，可导致管道系统强烈振动产生噪声，可能破坏管道、水泵、阀门，并引起水泵反转，管网压力降低等。 3.水锤的消除措施 针对上述水锤形成的机理分析，笔者通过结合工程实践提出几种管道施工过程中经常用到的防护措施。 3.1空气罐防护。空气罐是一内部充有一定量压缩气体的金属水罐装置，一般情况下载在水泵出口附近的管道上安装。在因事故停泵后，管道中的压力降低，罐内空气迅速膨胀，在空气压力作用下下层水体迅速补充给主管道，防止水柱分离；倒泻水流会使得水泵进入水轮机工况后，泵出口的逆止阀迅速关闭，管中压力上升，出水管中的高压使水流入空气罐中，使罐内空气压缩，从而减小管道中的压力上升。为防止管道中产生过低的压力，入流量和出流量相等时差压孔口水头损失比值应控制在2：5：1左右。 3.2进排气阀。长距离输水管道在开始输水、停止输水和流量调节及事故停泵的不同工况下，需将管内空气排出或将管外空气补进管内，使压力管道系统不受气体、水锤负压等危害而安全运行的主要防护措施之一。可以把它的作用归纳为三方面：一是是管道发生水锤事故产生负压时，能及时的补充空气，不致负压过大而水柱分离；二是管道在运行情况下，能随时排出水中逸出的气体，避免气体的聚集、扩散而使输水量下降、管道漏水或引发气爆型水锤；三是空管道充水时及时排除管内空气，以免产生气阻而引发启泵水锤。 3.3单向调压塔防护。单向调压塔是一种用于防止产生水柱分离的经济可靠的防护措施，常设于容易产生负压的部位。这种调压塔由一个水塔与辅助支管、阀件等组成。水塔通过逆止阀与泵站主管道相连接，逆止阀的启闭由出水管道的压力控制。水泵起动时，逆止阀处于关闭状态，并补水管立即向水塔充水：当水位达到正常水位后，补水管出口的浮球阀关闭，自动保持塔里面的水位。非正常的停泵后，当出水管道压力下降到调压塔正常水位以下时，逆止阀将会迅速打开，通过辅助支管向主管道进行补水，防止管道因压力降低而产生水柱分离的现象，也很大程度降低了调压塔的高度。但是在实际应用工程中如果应用单向调压塔防护时应注意两点：（1）调压塔对于出水管道的保护范围是有限的，一般是相当于塔内最高水位以下的管道部分。如果在此高程以上的管道还可能产生水柱分离，则应根据管道的纵断面及最低压力线情况装设两个或多个调压塔。（2）补水后，调压塔应能迅速充水，准备下一次动作。因此，补水管应设计有足够的直径，水塔顶端的球阀应动作可靠。 3.4其他防护介绍。在常用的水锤防护措施中还有防爆膜、止回阀加旁通管、水锤消除器等几种，接下来将分别作简单的介绍。 1）防爆膜。防暴膜是在需要保护的管道上用一支管连接，并在其端部用一塑性金属膜片密封，当管中升压超过预定值时，膜片爆破，泄掉一部分高压水，以保证主管道的安全，起到水锤防护的效果。一般用于小流量、高扬程的泵站，作为其他防护措施的后备保护。2）惯性飞轮。在水泵机组主轴上增设惯性飞轮是为了加大水泵机组转动部分的转动惯量，以延长水泵机组的正转时间，有效避免管路中流速和水压的急剧降低、改善水锤压力猛烈波动状况，从而在一定程度上消弱了负压，防止了水柱分离现象的出现。3）止回阀加旁通管。对管线纵断面有凸部系统，水柱分离通常在某一凸部附近形成，且气穴会在一定范围内逐渐向高处波及，形成气穴流，当管路水流发生倒流后，气穴体积将迅速减小直至溃灭，产生很高的水柱弥合水锤，如能在水柱分离段的末端布置一逆止阀和旁通管，则可减小水柱弥合的升压和减小下游其他部位的水力波动。4）水锤消除器。水锤消除器实际上是具有一定泄水能力、并适合于泵站停泵水锤压力变化过程的安全阀。 4.新型水锤防护设备 以往防止水锤的办法是在压力管道上设置调压水箱、空气室、爆破膜片、水锤消除器、机组装设飞轮等。这些办法都可以在不同程度上防止水锤，但是它们普遍存在着占用厂房面积大，土建工程投资大的问题，而且运行不方便，目前可应用一些新型水锤防护设备。 4.1液控缓闭蝶阀。该阀在断电时可按预定的时间和角度，分快、慢二阶段关闭，能有效地降低管网中压力波动，消除流体在管网中的水锤危害，控制水泵反转，从而保证水泵和管网系统的安全可靠运行。 4.2缓闭止回阀。目的该类阀门有重锤式和蓄能式两种，可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进行调整。缓闭止回阀克服了普通止回阀的缺点，具有如下特点：（1）泵启动后阀门能及时迅速打开。（2）正常运行时，要求阀瓣有尽可能大的开启角，并能稳定在全开位置。（3）停泵时阀门有优良的关闭特性，在突然停泵时既能阻止水倒流，保护水泵不致发生反转，达到保护水泵的目的；又能使其在关闭的最后阶段实现缓闭，减少突然关闭造成管路中的水锤，达到保护管路的。 5.结论 文章通过分析水锤形成原因，有针对性地提出了切实可行的水锤防护措施，如提出空气罐防护等，同时结合水锤防护的发展趋势，给出了未来水锤防护设备，以为同类工程提供参考借鉴。 参考文献 [1]柯勰,胡云进,万五一.缓闭式空气阀水锤防护效果研究[J].四川建材,2006,27（02）：74-75． [2]高润清.水锤的研究与防护[J].价值工程,2007,29（06）：101-103． [3]毕延龄.输水系统的水锤及水锤防护[J].建筑技术通讯(给水排水),2011,31（02）：46-49．
水锤计算例题9-2
天津大学，水电站249页水锤压力例题9-2 某水电站压力管道长L=400m ，直接自水库引水，上下游水头差120m ，水击波速度a=1000m/s 。阀门全部开启（τ0=1）时，管道流速Vmax=4.5m/s 。(1)设阀门在0.5s 中全部关闭，求阀门断面最大水击压力。（2）设阀门按线性规律关闭，有效关闭时间Ts=4.8s 。①若阀门由全开到全关，求阀门断面最大水击压力。②若阀门由部分开启（τ0）到全关，求阀门断面最大水击压力。 解： 1判断水击类型 计算相长， s a L t r 8.01000 40022=?== （1）阀门在0.5s 中全部关闭， a L t 2<，发生直接水锤，)(4595.48 .910000m v g a H =?==? （2）阀门按线性规律关闭 ①有效关闭时间Ts=4.8s ，阀门由全开到全关，a L t 2> =0.8s ，发生间接水锤。 ②若阀门由部分开启（τ0=0.5）到全关，Ts=4.8s ×0.5=2.4（s ），a L t 2>=0.8s ，发生间接水锤。 2计算管道特性常数ρ、σ 91.1120 8.925.4100020max =???==gH av ρ 32.08.48.95.44000max =??== s T gH Lv σ 3判断何种间接水锤、计算水锤压力值 ①有效关闭时间Ts=4.8s ，阀门由全开到全关，ρτ0=1.91×1=1.91>1，为极限水锤。 采用表9-1中简化公式 38.032 .0232.0222=-?=-=σσξA m ； )(6.4512038.00m H H A m =?==?ξ ②若阀门由部分开启（τ0=0.5）到全关，Ts=4.8s ×0.5=2.4（s ） ρτ0=1.91×0.5=0.96<1，按照第一相水锤近似公式 32.05.091.1132.021201-?+?=-+=σ ρτσ ξA =0.39 )(8.4612039.001m H H A =?==?ξ
各种水锤防护装置及其适用场合
各种水锤防护装置（或方法）及其适用场合 能源动力系统及自动化三班 何强锋 2009302650062 摘要：本文论述了各种水锤防护装置（或方法）及其适用场合。 关键词：水锤 水锤防护 在压力管道中，由于水流流速因某些原因突然变化，引起水流动量的急剧变化，进而在管道中产生一个相应的冲量，使水流压力急剧上升或降低的现象，成为水锤或水力过渡现象（又叫水击）。水流是具有惯性的，在泵站中，当水泵突然启动、停止或为调节流量而启用阀门，都将使水流速度发生变化而产生惯性力，惯性力的大小等于水流质量m 与加速度dt dv 的乘机，方向与加速度方向相反。在出水管路中，这个惯性力就表现为水锤压力。泵站水锤有启动水锤、关阀水锤和停泵水锤。一般情况下，启动水锤压力不大，只是当管内空气不能及时排出而被压缩才会加剧水流的压力变化。关阀水锤在正常操作时不会引起较大的压力波动。最危险的是由于突然停电或误操作造成的事故停泵所产生的停泵水锤，此种情况下的水锤压力较大，有时可达正常压力的数倍，将会对泵站造成很大的破坏性事故。因此，在泵站及其压力管道的设计时，通常将防护停泵水锤事故作为主要防护手段。 在泵站工程中往往由于规划设计考虑不周或不合理的运行操作，导致水锤事故，使水泵出水管道、阀门遭到破坏，甚至使泵房被淹，供水中断，造成重大损失；或者，因担心水锤事故发生盲目地套用不恰当的防护措施，这不仅造成工程上的浪费，甚至得到相反的技术后果。因此，如何准确而周到的选定安全可靠、经济适用的停泵水锤及其防护措施及其设备，自然是泵站管路系统设计的首要任务。 1合理布置管线 布置管线时，应尽可能地使管道纵断面平顺的上升而不形成驼峰凸部，或采用先缓后陡的形式。如果由水泵出口开始先陡后缓，则停泵过程中压力下降有可能在管道的凸部的拐点处引起降压过大；当其压力小于水的汽化压力并持续一定的时间，则将可能产生“水柱分离”现象；倘若能够将管线的布置形式改变成先缓后陡的布置形式，则可避免或减缓降压过程中产生负压。 管线的布置形式是按照地形确定的，变更管线的布置形式不是所有的场合都能做到的。如果增加挖方量不大，或者可以选择另外的站址，则应进行多种布置方案的经济比较。 2降低管中流速 管中流速降低后，水流的惯性相应减小，管道特性常数00 2gH V αρ=减小，从而降低水锤
高扬程长距离输水管线水锤分析与防护措施-90806
高扬程长距离输水管线停泵水锤分析与防护 安荣云1陈乙飞2 （1 上海理工大学城市建设与环境工程学院上海200090；2 深圳市华力大机电技术有限公司深圳518034） 摘要：借助surge2008软件，结合某实际工程，得出了停泵水锤综合解决措施。结果显示，对于长距离加压输水管路系统而言，止回阀的关阀方案、弥合水锤的针对性防护措施以及水击防护阀的功能和口径选择是非常重要的。 关键词：水击泄放阀、断流弥合水锤；数值模拟；水锤防护；注气微排阀 近年来，长距离翻山越岭的输水项目越来越多。这些扬程高、距离长、管线多起伏的加压输水管线系统，瞬态水力特性比较复杂，泵站与管线的水锤综合防护是一个值得研究的重大课题。近几年，笔者参与了多个此类工程的水锤分析和现场调试，积累了一些经验和看法，在此与大家共享。 1 工程概况 南方某长距离输水工程总设计流量0.07m3/s，管长总长约22km，采用DN300的钢管进行单管输水，水锤波速为1171.6m/s。水锤相A65#节点发射μ1＝7454×2/1171.6＝12.72S；或A114#节点发射μ2＝12242×2/1171.6＝20.9S。吸水池水位339 m，水泵200m @ 70L/S一台；最高节点A065高程493米（7454米处）；次高节点A114高程483.8米（12242米处）。止回阀处最大静压：ΔZ＝493-340＝153m。末端节点A186标高363m; 末端水池水位365.8m。 由末端调节阀调节系统流量，使水泵和管线工作在设计状态，结果形成末端余压102m，需要减压调流，还需要分析计算末端调节阀的开阀水锤和关阀水锤，以及可能的调节水锤，限于篇幅，本文不讨论这个也需要认真对待的比较复杂的技术问题。经调节后管路系统的稳态水力坡度线如图1所示。流速V=0.9m/s，水力坡度i=3.05‰。请注意图1 所示的节点编号。 2. 瞬态水力分析 2.1 数值计算求解方法 水锤模拟计算软件为美国KENTUCKY大学的surge2008，水锤波的特征方程为基于弹性水柱理论的两个基本方程：
第一节 水锤现象和研究水锤的目的
第一节水锤现象和研究水锤的目的 一、水锤现象 《水力学》这门课程告诉我们，当压力管道末端的流量发生变化时，管道内将出现非恒定流现象，其特点是随着流速的改变压强有较显著的变化，这种现象称为水锤（亦称水击）。 图14-1为一压力管道的示意图。管道末端有一节流阀A；阀门全开时管道中的恒定流速为Vo,若忽略水头损失，管末水头为Ho ,管道直径为do，水的密度为ρo。 当阀门突然关闭（关闭时间 =0)后，阀门处的流速为零，管道中的水体由于惯性作用，仍以流速Vo 流向阀门，首先使靠近阀门dx长的一段水体受到压缩，如图14- 1（a），在该段长度内，流速减为零，水头增至Ho +△H,水的密度增至ρo+△ρ,管径增至do +△d。由于dx上游水体未受到阀门关闭的影响，仍以流速Vo流向下游，使靠近dx上游的另一段水体又受到压缩，其结果使流速、压强、水的密度和管径变化与dx段相同。这样，整个压力管道中的水体便逐步被压缩。水头变化△H称水锤压强，其前峰的传播速度c称水锤波速。 当时间t=L/c（L为管长）时，水锤波传到B点。B点的左边为水库，压强不变，右边的压强比左边高△H,不能平衡，管道中的水体被挤向水库，其流速为Vo,使管道进口的压强恢复到初始状态Ho ,水的密度和管径也恢复到初始状态ρo和do.可以看出，水锤波在B点发生了反射，反射波的绝对值与入射波相同，均为△H,但符号相反，即由升压波反射为降压波，故B点的反射规律为异号等值反射，这是水库对水锤波反射的特点。 B点的反射波以速度c向下游传播，反射波所到之处，消除了升压波的影响，使管道中水的压强、密度和管径都恢复到初始状态，但流速方向与初始状态相反，见图14-1(b)。 当t=2L/c时，管道中的压强虽恢复正常，但其中的水体仍以流速Vo 向上游流动，由于阀门是关闭的，要求流速为零，故此向上游的流速Vo必然在阀门处引起一个压降△H，可以看出，水库反射波在阀门处再一次发生反射，其数值和符号均不变，即降压波仍反射为降压波，故A 点的反射规律为同号等值反射，这是阀门完全关闭状态下的反射特点。