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

升压和降压。但是，加大管径，则可能增加工程造价，因而管径主要取决于减小管道摩擦损失和经济性。结合水锤防护，在设计泵和计算管径时，应进行综合考虑。在某些特殊场合下，为了避免用昂贵的水锤设备，采取增大管径的措施也可能是经济的。

3降低水锤波传播速度

水锤波速度减小，管道特性常数00

2gH V αρ=也减小，水锤往返管道依次所需的时间增大，

也可起到减小水锤压力变化的作用。在设计管道时，若选择水锤波传播速度小的管材，在不影响管道强度的条件下，可适当减小管壁厚度；在特殊条件下，向管道中适量地补充空气，或采用椭圆形截面管道等，都可以起到减小水锤波传播速度的作用。但一般而言，水锤波传播速度的变化范围是有限的，在实际工程，对防护水锤的作用很小，有时只在实验室进行有关模型实验。

4合理选择阀门形式，延长阀门启闭时间

阀门的形式不同，在不同开度情况下的损失系数也不相同。在相同的关阀条件下，全闭点附近特性变化比较均匀的阀门（如蝶阀、针阀等），其压力上升较小。普通逆止阀在关阀时产生很高的升压，应尽可能地少采用或不采用。对于高扬程、大流量、长管道的泵站系统，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逆止阀或两阶段关闭的可控阀，并合理地进行调节计算，有效地控制关闭过程。

阀门慢慢的开启和关闭，可减小流速的变化率，因此，可减小水锤压力的升高和降低；但关闭的时间还受水泵的运行条件及阀门驱动机构等条件的限制，一般应综合考虑。 5调压塔—双向调压塔

对于输水干管而言，双向调压塔是一种兼具注水和泄水缓冲式的水锤防护设备，其主要设置目的是：防止压力输水干管中产生负压。当管路中水锤压力升高时，它允许高压水流进入调压塔中，从而起到缓冲水锤升压的作用。

双向调压塔其构造为一开口的水池——大水柱，装设于输水干管上易于发生水柱分离的高点或折点处，而且该处水头线超出地面不高。当发生突然事故停泵时，它能向管路中补充水，以防止水柱分离，可有效的消减断流弥合水锤升压。

双向调压塔有溢流式和非溢流式两种。溢流式的溢流堰口标高可略高于水泵的正常水压。当管路中压力升高时，水自塔顶溢流以维持压力不再升高。

在泵站附近或管道的适当位置修建，双向调压塔的水面高度应高于输水管道终点接收水池的水面高度并考虑沿管道的水头损失。调压塔将随着管路中的压力变化向管道补水或泄掉管路中的过高压力，从而有效地避免或降低水锤压力。这种方式工作安全可靠，但其应用受到泵站压力和周边地形的限制。

6防止启泵水锤

1、排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。凡是长距离输水管道的隆起处各点应设置自动排气阀或设置充水设施。

2、当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式。

⑴先将水泵出口阀门打开15%—30%（蝶阀可先开150—300），管道上其余阀门全部开启。

⑵然后启动水泵。

⑶待管道充满水后再将水泵出水口阀门全开或开到所需的角度。

7单向调压塔和单向调压池

在泵站附近或管道的适当位置修建，单向调压塔的高度低于该处的管道压力。当管道内压力低于塔内水位时，调压塔向管道补水，防止水柱拉断，避免弥合水锤。但其对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压作用有限。此外单向调压塔采用的单向阀的性能要绝对可靠，一旦该阀门失灵，可能导致发生较大的水锤。单向调压塔应当设置于输水干线上易于产生负压和水柱分离的诸主要特意点处（如主要峰点、膝部折点、驼峰及鱼背等处）。它的主要组成部分是：体积不是很大的水箱或容器、带有普通止回阀的向主干管中注水的注水管以及向调压塔容器中充水的满水管。单向调压塔又称为低位调压塔，其箱中设计水位不需要达到水泵正常工作时的水力坡度线；与双向调压塔相比，其水箱（容器）的安装高度可以大大地降低，而水箱的容积只要满足设计要求即可，也不很大，具有很高的经济性，因此在在停泵水锤危害综合防护中得到了广泛地应用。