高扬程长距离输水管线水锤分析与防护措施-90806
高扬程水泵小起伏长输水管线水锤防护方案优选案例分析
“高扬程水泵小起伏长输水管线水锤防护方案优选案例分析”咱们得聊聊高扬程水泵。
想象一下，水泵就像一个大力士，把水从低处推向高处，为咱们的生活提供源源不断的动力。
然而，在输送过程中，水泵和管道之间会产生一种叫做水锤现象的玩意儿，简单来说，就是水流在管道里突然受阻，造成压力瞬间升高，就像锤子一样撞击管道。
这可是个大问题，搞不好会把管道搞坏，所以咱们得想个办法搞定它。
言归正传，咱们先来看看几个典型的小起伏长输水管线案例。
第一个案例发生在某地的一座水厂，水泵正常运行时，管道里的水流动顺畅。
但有一天，水泵突然停机，水流瞬间受阻，管道内的压力猛增，结果导致管道破裂。
第二个案例是在一个偏远山区，由于地形复杂，管道铺设过程中出现了多处起伏，水泵在运行过程中，水锤现象频繁发生，导致管道损坏，维修费用高昂。
1.安装水锤消除器。
这玩意儿就像一个减压阀，当水锤现象发生时，它能自动打开，释放掉部分压力，从而减轻管道的负担。
不过，这东西价格不菲，安装和维护成本较高。
2.优化水泵启动和停止过程。
通过调整水泵的启动和停止时间，让水流在管道中平稳过渡，减少水锤现象的发生。
这个方案实施起来相对简单，成本较低，但效果因水泵类型和运行条件而异。
3.改进管道设计。
在设计阶段，充分考虑地形起伏和管道走向，尽量减少管道的弯曲和突变，降低水锤现象的发生概率。
这个方案实施起来较为复杂，需要重新设计和施工，但长远来看，效果较好。
咱们来分析一下这几个方案的优势和劣势。
安装水锤消除器方案的优势在于技术成熟，效果显著。
劣势在于成本较高，安装和维护难度较大。
优化水泵启动和停止过程的方案优势在于成本较低，实施简单。
劣势在于效果不稳定，可能需要多次调整。
改进管道设计方案的优势在于长期效果较好，有利于降低管道损坏概率。
劣势在于实施难度较大，需要重新设计和施工。
我想说的是，每一个方案都有其独特的优势和劣势，关键在于我们如何根据实际情况，选择最合适的方案。
作为一名方案写作大师，我希望我的这份案例分析能为大家提供一些启示，让我们一起努力，为我国的高扬程水泵小起伏长输水管线水锤防护事业贡献一份力量。
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨摘要：长距离输水管线中水锤防护具有重要的意义，本文介绍了几种常见水锤防护措施，并以张家口云州水库调水工程为例，着重介绍缓冲排气阀和箱式双向调压塔在工程的作用。
关键词：长距离，水锤防护，缓冲排气阀，双向调压塔Abstract: the long distance delivery pipe line water hammer protection has an important meaning, this paper introduces several common water hammer protection measures, and with zhang cloud state water transfer project reservoir as an example, this paper introduces buffer exhaust valve and box pressure regulating tower in the project of the two-way role.Keywords: long distance, water hammer protection, buffer exhaust valve, the double pressure regulating tower1、引言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，对泵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。
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践摘要：长距离输水管道工程，因其地势高差起伏较大，扬程较高，易发生水柱分离并造成水锤危害。
因此长距离输水管道工程的设计重点之一就是水锤防护的研究和安全防护。
本文结合工程实例对水锤防护问题进行探讨和分析。
寻找进行优化防护设计及最优方案。
关键词：高位水池；断流弥合水锤；水锤防护；箱式调压塔；恒速缓冲排气阀Abstract: the amount of transporting water pipeline engineering, because of its relief and bigger difference, where the head high, easy to have the separation and the water caused by water hammer hazards. So long water pipe of engineering design is one of the key water hammer protection of research and safety protection. Combining with the project examples of water hammer protection problems are discussed and analyzed. Looking for optimization protection design and the best plan.Keywords: high pools; To flow to bridge the water hammer; Water hammer protection; Box pressure regulating tower; Constant speed buffer discharge valve1、前言随着经济建设的发展，水资源的日益短缺，为了解决生活和工业用水的水源问题，近年来高扬程、大流量、长距离地形复杂的输水管线工程实例日益增多。
大流量、高扬程、长距离供水泵站水锤防护措施
数 牌
图10泵转速随时间变化曲线 图11是压力最高点压力（出现在桩号6 +538处）随时 间变化曲线，从图11中可以看出，最大压力是额定压力的 1. 06倍，远小于规范要求的小于1. 2倍。
图6输水管设进排气阀处压力随时间变化曲线 设置进排气阀后,4台机组同时停机，可以解决汽化问 题，但存在严重的倒流问题,造成水泵最大倒转转速过大,将 对水泵产生较大的危害，同时，会产生较大的压力升高。
第46卷第4期 2020 年 4 月
g 6胡 坊
Sichuan Building Materials
Vol.46, No.4 April, 2020
大流量、高扬程、长距离供水泵站水锤防护措施
陈卫
（昆明民用建筑设计研究院有限公司，云南 昆明650034）
摘 要：结合某工业园区供水工程，就大流量、高扬程、长距
2泵站水锤的危害
在泵站中，机组的启动和停机、阀门开启和关闭、水泵转 速或叶片角度的变化等都会使管道内流速发生变化,使管道 中的水流产生相应的冲量，从而使其压力发生变化。单位时 间内的动量变化越大，管道中的压力变化也越大，由此产生 的冲击力也越大。该力作用在管道和水泵的部件上犹如锤 击,致使管道破裂,设备损坏,这就是泵站水锤。
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]。
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计摘要：长距离输水工程管线长，管道起伏大，输水安全性要求高，而水锤是影响长距离压力输水工程运行的一个重要因素，根据调查统计，在城市给水阀门和工业企业的给水泵站中，绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。
本文本工程在对压力系统水锤分析时只对停泵水锤进行分析并提出防护设计措施。
关键词：长距离压力输水管道；停泵水锤；防护设计1、工程概况本长距离输水工程，设计流量：20万m3/d（考虑5%的沿程漏损和水厂自用水后为21万m3/d），从取水泵房至水厂主要采用焊接钢管，双管并联，单线长6.2km，管径为DN1200，壁厚10mm；取水泵房设计地面38.5m，泵进口约37.15米，原水引水管余压约2.5-5m。
水厂设计地面标高97.5m，配水井水位标高101.3m，原水进水余压1.0m。
2、模型建立2.1应用软件简介。
本工程水锤分析软件采用奔特力-海思德软件公司的HAMMER软件，该软件将水锤效应（waterhammer）的复杂原理结合成为简单易用的工程工具，建模以节点和管段的稳态计算结果为基础，协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。
2.2建模数据。
水泵参数：4台水泵并联工作，3用1备。
其中PMP-1及PMP-2水泵Q=2188m3/h、H=63m，电机功率560kW。
PMP-3及PMP-4水泵Q=4375m3/h、H=63m，电机功率1000kW。
PMP-4为备用泵。
根据取水泵房内远期水泵配置和原水压力管道平面方案布置图及简化的纵断面图，建立水锤计算模型。
示意如下：由上图可知，管线稳态运行时泵后压力最大为70m，管道沿线各节点压力在70m水头范围内，而设计中要求原水输水管的安全可靠性较高，设计泵站后管道采用D1220X10钢管，管线在远期21万m3/d设计流量时可以保证在流量恒定的前提下安全运行，危及管线系统安全的潜在因素是由于事故停泵而引起的停泵水锤，这也是本设计关注的重点。
高扬程长距离分级加压供水水锤防护设计探讨
高扬程长距离分级加压供水水锤防护设计探讨摘要随着我国城市现代化建设的迅速发展，很多地方都将工业园区选址在城郊，附近没有固定供水水源，长距离的供水工程可以缓解这一问题，以某市大风坝片区供水管网工程为例，对中途加压泵站及管网进行水锤防护设计，可以较好的削减系统的水锤影响，旨在为类似的相关工程提供参考。
关键词：分级加压供水；水锤防护；设计探讨1.引言：大风坝位于某镇南郊S224线旁，附近没有固定供水水源，距离最近的固定供水水源为下关镇城市供水主管，为解决大风坝片区生活及生产用水，需在下关镇魏山路口加压供水。
接入口为现状环城南路DN400 给水管，取水点现状标高：1999.50 米。
大风坝片区拟建高位水池标高为：2427.00 米，因取水点高程低于大风坝片区高程约427.5 米，需分级加压提升，设计采用DN300的无缝钢管，通过分段加压提升，在大风坝高点新建蓄水池，主要沿魏公路与污水管道同槽开挖埋设，管道敷设长度约为10公里。
目前国内技术专家对长距离输水开展了很多研究，但对高差较大的分级加压供水的水锤综合防护设计研究相对较少，本文通过工程实例对中途加压泵站水锤防护设计要点分析，为相关类似工程提供参考。
2.工艺设计及水锤防护分析2.1.供水管道平面布置2.1.1供水管道平面布置供水管网总体上分四段布置，第1段：沿着金星河桥涵底靠西侧采用C30混凝土包封护管敷设。
第2段：与排水管共沟敷设。
第3段：与排水管共沟敷设。
第4段：该段为沿关巍公路和园区道路敷设（其中兴诚屠宰厂至进园区道路段局部架空敷设）［1］。
图1：供水管网总体布置图2.1.2管道沿线水锤分析由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。
这种大幅度压强波动，可导致管道系统强烈振动，噪声，并可能破坏阀门接头。
对管道系统有很大的破坏作用。
采用《Bentley Hammer v8 水锤(瞬变流)模型》对沿线水锤进行分析模拟，一级泵站至二级泵站模拟停泵水锤分析图如下：图2.一级泵站至二级泵站停泵水锤分析图起始端为最高压力出现点，压力为2333m，起始端高程约为2000m，承压约为333m。
高扬程泵站输水系统水锤防护研究
高扬程泵站输水系统水锤防护研究高扬程泵站输水系统水锤防护研究摘要：水锤是指液体在管道系统中产生的压力冲击波，常常给管道和设备带来严重的损坏。
本文以高扬程泵站输水系统为例，研究了水锤的形成原因、传播规律以及相应的防护措施。
通过数值模拟和实验验证，得出了一些重要结论，为高扬程泵站输水系统提供了有效的水锤防护方法。
一、引言高扬程泵站输水系统是大型水利工程中常见的一种形式。
由于其工作条件的特殊性，输水系统中常常产生水锤现象。
水锤是指在管道系统中液体由于突然阻塞或突然关闭等原因，产生压力波动，造成系统中压力急剧变化的现象。
水锤常常给管道和设备带来严重的破坏，因此研究水锤的发生机理和防护方法对于输水系统的正常运行至关重要。
二、水锤的形成原因1. 突然关闭阀门：当阀门突然关闭时，流体在短时间内被阻塞，形成压力积累，最终产生水锤。
2. 突然开启阀门：当阀门突然开启时，流体会突然加速，形成压力波动，也会产生水锤。
3. 泵组启动和停机：泵组启动和停机时，流体的加速和减速过程中，也会产生压力波动和水锤。
三、水锤的传播规律1. 波的传播速度：在管道中，波传播的速度由波的声速和介质的物性决定，对于绝大多数输水系统，波的传播速度可以近似为管道内的流体速度。
2. 波的幅值和衰减：在波传播过程中，波的幅值会随着距离的增加而逐渐衰减，但衰减速度取决于管道的几何形状和材料的特性。
四、水锤的防护措施1. 安装减压阀：减压阀可以通过调节管道中的压力，有效减少水锤的发生。
减压阀的选择应根据实际需要和泵站工作条件进行合理设计。
2. 安装缓冲罐：缓冲罐可以起到减缓水锤的作用，通过调整缓冲罐的容积和位置，可以有效减少水锤的压力波动。
3. 改变管道结构：合理设计管道的几何形状和材料，可以改变水锤波的传播速度和幅值，从而减少水锤对管道和设备的损害。
4. 安装波动吸收器：波动吸收器可以吸收水锤波的能量，减少波的幅值和衰减速度，从而保护管道和设备的安全。
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。
长距离输水管道水锤防护措施探讨
长距离输水管道水锤防护措施探讨近年来，越来越多的长距离翻山越岭的输水工程，这些扬程高、距离长、管线多起伏的输水管线，最常见而突出的问题就是输水管线的水锤防护问题。
对此长距离输水管道中阀门启闭时发生的水锤效应采取相应的防护措施，以减少水锤带来的进一步危害，保证供水系统的运行安全。
标签：水锤泄放阀；数值模拟；水锤防护引言长距离有压输水管道易发生水柱分离水锤危害，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。
根据长距离高扬程多起伏输水管道系统的特性和多年的经验，提出此种管道水锤防护的重点是消除断流弥合水锤，并结合供水工程实例进行水锤防护优化提出有效的水锤防护措施。
1、工程概况共和县恰卜恰城镇供水（一期）工程位于青省海南州共和县境内，本工程为远距离输水工程，水源地在切吉乡东南向的切吉滩上，供水规模为2.09万m3/d，管道流量241.68l/s，采用单管输水，输水管线总长87.31km。
水源为地下水，采用机井泵站取水。
引水口地面高程为3266m，输水干管末端地面高程为2950m，两地地形差340m，自引水口至管线末端水头差为340m，输水干管在运行过程中累计的水头势能足以补偿水体在管线内流动而产生的水头损失（因管线前50公里地形成倒虹形式），管道在运行中呈高压运行。
2、长距离输水管道水锤常见的防护措施进行长距离输水时，管道中的开启阀门与关闭阀门、启水泵和停水泵又或者是管道内排出气体时不流畅都很容易发生水锤事故。
特别是在系统停泵的过程中，其管道中的压力下降迅速，管道中的重要位置很容易被破坏，水柱弥合过程中的碰撞也会产生很大的压力，致使管道内压力升高，从而造成事故的发生。
在进行水锤防护时，对其采用的防护措施有以下几点：（1）进行启阀和闭阀水锤的防护措施，可以使启阀门和闭阀门的操作时间尽可能的延长。
以蝶阀为例，在控制总流量时，要在蝶阀关闭之后的25秒以内，分为两个阶段进行关闭，在快关60秒后，进行慢关25秒，利用水锤模拟可得出关闭的最佳时间。
长距离重力输水管路水锤特性及其防护措施
长距离重力输水管路水锤特性及其防护措施摘要：由于中国国土面积大，水资源的空间分布不均，对区域经济的发展具有很大的制约作用。
自流长距离输水管道具有无需增加动力设备、沿程耗水少、环境污染小等优势，已被广泛用于跨区域、跨流域调水，并在一定程度上缓解了区域内水资源分配不均衡问题。
但是，由于重力流长距离输水管道的布设受到地形、施工等因素的影响，不能达到最优布局，从而增大了其运营风险。
各种类型的水击灾害是长距离重力流输水工程所面临的一大难题，其中，输水管线、各种元件的损坏、管道周围的水击等都与水锤现象密切相关，亟需开展长距离重力流输水工程中可能出现的水锤现象的诊断与防治。
在这种情况下，研究了长距离重力流输水管道的水锤计算和保护方法。
关键词：长距离重力流；输水管线；关阀水锤；组合关阀；水锤防护引言在水力平衡计算中，电算方法已被广泛地用于水力平衡计算中。
计算机求解水击的基础同样是微分方程，利用特征线方法，把基本方程转换成方便计算机操作的有限差分方程，利用计算机进行求解，可以提高计算精度，提高计算效率。
1概述本项目拟在某县某镇，某镇，某镇三个乡镇，某县集镇自来水厂升级改造工程-太沙东片区（一期）。
本项目的主要建设内容是：本项目水厂的设计供水能力为5.0万m3/天，本项目是一期，设计供水能力为2.0万m3/天。
项目建设内容包括：取水泵房，净水厂，增压泵站和管网，取水泵房，净水厂内的取水和净化设施及其相关的辅助设施。
管网敷设从取水泵站出水口到新水厂供水干管1250米，敷设并安装净水厂到3个集镇供水干管。
新的供水管网总长度为59.27公里。
本项目针对长距离重力流输水管道，在长距离重力流输水管道中，各种水击现象是其重要的科学问题，其关键在于对其形成机制的认识。
目前，国际上对其细观机理的研究主要是基于三维数值仿真与物理模型实验，基于几何相似原理构建小尺寸模型，并结合 CFD （CFD）技术，开展直管路无空化-空化耦合作用下的水力转捩过程的计算与分析。
长距离输水管道防水锤的探讨
长距离输水管道防水锤的探讨【摘要】随着城市建设的快速发展和人民生活水平的日益提高，长距离大型输水工程越来越多，随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。
长距离重力流输水管道系统的防爆技术研究作为输水管道安全运行的重要课题之一，很有必要进行深入研究。
本文介绍了目前重力流输水管道系统中防水锤的常用方法，并对各类防护方法进行全面的技术分析和总结。
【关键词】长距离；输水管道；防水锤一、水锤的涵义与产生机理水锤也称水击，或称流体（水力）瞬变（暂态）过程，它是流体的一种非恒定（非稳定）流动，即液体运动中所有空间点处的一切运动要素，包括流速、加速度、动水压强、切应力与密度等不仅随空间位置变化，而且随时间而变。
压力管路中，如果末端阀门关闭较快（即管路中流速变化较剧烈），由于管中水流的惯性，开始在整个管路中就形成了一个阀口一水池传播的减速增压运动，水体压缩，密度增大，一直传到水管进口，水流呈瞬时静止状态，此阶段称增压波（直接波）逆传过程；接着压力和密度大的阀门处水流有反向压力池的趋向，这样形成一个与原流速方向相反的流速，从而压力、密度慢慢恢复正常，在管路中就形成了一个压水池一阀门传播的减速减压运动，此阶段称为降压波（反射波）顺传过程；管中的流速瞬时恢复正常，接着从阀门向水池产生一个反方向的流速，水体膨胀，密度减小，管路中形成一个阀门～水池的增速降压运动，称此过程为降压波逆传过程；管路瞬时膨胀静止后，又开始恢复原始状态，因而又产生一个水池向阀门的流速，密度恢复正常，称此过程为增压波顺传过程。
此后的水锤现象又将重复进行上述的四个传播过程。
如果不计水力阻力，这种传播过程将周而复始地进行下去，这就是突然瞬时关阀后所发生的水锤波的基本传播方式。
一般的水锤现象都将运用这个原理进行水力过渡分析。
水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关，由于阀门关闭/开启时间T与水锤波相长听2L/a的差异，表现为直接水锤和间接水锤2种形式。
长距离大管径输水管道水锤防护技术
长距离大管径输水管道水锤防护技术就现阶段来讲，水锤现象属于长距离大管径输水管道工程中较为常见的故障问题，一直以来都没有受到工程单位的重视。
为了保证供水系统的正常运行，必须对长距离大管径输水管道的水锤防护技术加以重视。
文中在对水锤防护技术的作用和危害进行分析之后，探讨输水管道气水两相流压力的特点，并试着提出水锤防护的优化措施。
标签：长距离；输水管道；大管径；水锤防护技术1、水锤防护技术的作用在对长距离大管径输水管道的水锤防护技术进行设计时需要经过繁琐的计算过程方可确定最佳的设计方案，也是因为水锤计算涉及的数据较多，计算困难较大，使水锤防护不利问题成为长距离大管径输水管道中较为常见的问题之一，对工程质量和使用性能的影响也是极大的。
在泵站建设系统中将水锤防护不利的问题作为泵站建设的首要问题来看待，可见，水锤防护不利对工程造成的重要影响。
2、水锤防护不佳的危害因水锤防护技术不佳所引发的事故类型有很多，且极具危害性，例如，水管破裂事故的发生会对周边区域的供水系统造成严重影响，如果不能采用有效的措施进行及时处理，将会导致大规模区域的用水情况受到影响，为居民的生活带来不便；水锤防护技术不佳造成的止回阀上顶盖和壳体出现破损现象，此类问题如果没有特定的检修维护机制很难及时发现，会形成大量的水资源浪费，对我国的资源利用率带来一定影响，较为严重的情况还会使水泵站面临被淹没的风险。
3、长距离大管径平坦地区输水管道的气水两相流压力特点针对平坦区域的长距离大管径输水管道而言，从管道的充水阶段到运行阶段水流可以呈现出六种流态，分别是层状、波状、气团状、泡沫状、段塞状和环状。
其中的层状和波状仅在管道充水阶段有所展示，而泡沫状、气团状和环状均属于过度流态，存在的时间相对较短，为此，段塞形态属于平坦区域管道水流的常态。
除此之外，段塞流态中还存在大气囊形态的特例现象，但在实际运行中这种形态并不常见，管道内的水流还是以段塞流态为主。
这就代表管道内的气体存在形式是以独立气囊的状态为主，这样才能形成段塞流态的水流。
长距离输水管道工程设计中的水锤分析及应对策略
管 道流 速越低 对 于防止 水锤发 生越 有利 。管道流
速越低 ，水流惯性越小，速度 的微分变化率就越低 ， 从而降低水锤 升压和降压。流量相 同时，管径越大， 流速越低 ， 但投资费用越高。 在短距离输水管道系统 中， 可 以选用较 大 的管径来 获得 较低 的流速 以达到 控制 瞬
生不利 的真空 ，造成水 柱断流 ，和再次 结合形 成 的弥 合水锤 ，对管道破 坏更为严 重 。 （ ２） 水 泵及 阀 门的启 闭 、运 行工况 改变及其 事故 紧急停 机等动态 过渡过 程造成 的输水管 道 内压 力急剧
关 阀水锤 是关 闭阀 门过程 中发生 的水锤 现象 。通 常 ，按 照正 常 的关 阀程序操作 ，不会 引起很 大 的水锤 压力 变化 。但 是 ，如 果发生违 反操作 程序或 管道 突然 被异 物堵塞等 意外事 故 ，管道 中就会 出现不 同程度 的管道整个截面，这一现象称为液体 分 离 或水 柱分 离 。 当管 路 中水柱 分 离 出现再 弥 合 时 ， 水 锤升压 非常大 ，会构成 管路强 度方 面的威胁 ，危害 相 当严重 。 （ ５ ）按水 锤发 生所在 的输水 道 ，分 为封 闭管道 中
水锤是指在压力管道 中由于液体流速的急剧变化
（ 由于 水泵骤停 、阀门突然关 闭等原 因 ） ，造成 管 中的 液体压 力显著 、反复 、迅速地 变化 ，由于液体 的压缩
性和管道的弹性引起的输水系统中的压力波动。 １ ． ２水锤 的分类
１ ． ２ ． １ 水锤 的分类
从不 同的角度划 分 。水 锤可分为 以下几种 ：
・
输配水技术 与设备 ・
叠 曩 叠
豳Ｉ ■
— 蕾 ■ ＝暮
Ｃ Ｉ Ｔ ＹＡ Ｎ Ｄ Ｔ Ｏ ＷＮ ＷＡ Ｔ Ｅ Ｒ ＳＵ ＰＰ ＬＹ ●
高扬程大流量远程输水泵站系统水锤因素分析与防护措施
高扬程大流量远程输水泵站系统水锤因素分析与防护措施【摘要】具有远程输水管道系统的大中型泵站，因启泵、停泵、开闭阀门等扰动因素，使管道中水的流速、流量发生急剧变化，会引起水锤效应。
由于压力水流的惯性作用，使管道中输送的水产生水流冲击波，水流冲击波在管道中来回振荡产生的压力有时会很大，从而破坏阀门和水泵机组，同时对管道也具有极大的破坏性，对泵站和输水管线的安全运行都有很大的害。
本文结合神华准能小沙湾水厂加压泵站的生产运行情况，对具有远距离输水管道泵站水锤效应的产生和防护进行了探讨。
【关键词】大型泵站；液控止回蝶阀；远程输水管道；水锤；防护随着我国西部大开发宏伟战略的实施，西部工业将得到迅速发展，城市居民和工业用水量的逐渐增加。
跨流域调水和远距离输水系统将越来越多。
这类取水泵站往往建在大江、大河和有充足水源的湖泊、水库岸边，输水管道长且沿地形敷设。
当地形复杂蜿蜒起伏时，输水管道会出现随地形地貌蜿蜒曲折或上坡、下坡；当管道穿越河流、堤防、铁路、公路等障碍时，又往往会出现局部凸起或凹下的管段。
此类泵站由于水泵的扬程高，输水管道距离远，在泵站的设计和运行管理过程中防止水锤现象的发生，极其重要。
本文即是结合小沙湾水厂加压泵站多年的生产运行情况及一些成熟的经验，对带有远距离输水管道泵站系统中的水锤现象及水锤防护措施进行分析探讨。
1 远程输水管道系统停泵水锤事故分析1.1 系统概况黄河小沙湾水源工程，是准格尔项目一期集煤、电、铁路、供水四大配套工程项目之一，于一九九二年开始建设，二零零三年正式投产。
主体工程由头部取水一、二级泵站和加压泵站构成。
设计取水能力1.5m3/s，供水能力1.2m3/s，供水保证率97%。
其中：头部取水一级泵站由4套移动泵车8台扬程H=27m，流量Q=1850m3/h的卧式单级离心泵与功率P=185kw异步电机组构成，用于黄河低水位期取水；二级泵站主要设备由5套扬程H=136m，流量Q=3600m3/h的立式斜流泵与功率P=1800kw立式同步机组构成，用于黄河正常水位时取水；加压泵站主要设备由4台扬程H=197m，流量Q=2340m3/h的卧式单级离心泵与功率P=2000kw的高压异步电机组构成，用于向矿区及2个电厂等用户提供工业用水。
长距离输水管线断流弥合水锤防护措施探讨
科技创新收稿日期：2019-06-18作者简介：张彦航，男，汉族，河北天和咨询有限公司，工程师。
摘要结合工程实例，分析长距离输水管线断流弥合水锤发生机理、防护措施，为类似工程设计、施工、管理提供借鉴。
关键词输水管线；断流弥合水锤；防护机理□张彦航在长距离有压管道输水中，停泵水锤危害巨大，可能造成管道破裂、设备损坏，甚至造成人员伤亡一直以来都是一个需要解决的难题。
当发生停泵水锤时，整个水系统压力骤降，大部分压力降至输水管线轴线以下，管道内产生负压，负压过大从而导致水体由液态向汽态转化，管道沿线多处发生水柱分离现象，形成“蒸汽空腔”或“空气腔”，极易发生断流空腔再弥合水锤，它是水泵供水系统中最具有危害的一种水锤撞击波动。
降压波造成的断流弥合水锤产生的破坏远高于升压波造成的水锤破坏，在生产实践中长输水管线出现的管道破裂，70%～80%与水柱分离有关。
由于断流弥合水锤发生机理与传统的关阀停泵水锤有所区别，且发生断流弥合的位置难以预料，传统的防停泵水锤技术措施和设备（停泵减压阀、缓闭止回阀、阀门控制技术）对其见效甚微，甚至无效。
为解决降压波产生的断流弥合水锤问题，当前采取的防护措施主要有单项调压塔、箱式双向调压塔、空气压力罐等。
现以内蒙多伦县新城区引水工程为例，对输水管线断流弥合水锤防护措施进行探讨。
1.发生机理在长距离输水管路中产生的断流弥合水锤分两种：一种是蒸汽空腔溃灭产生的弥合水锤；另一种是空气腔溃灭产生的弥合水锤。
“蒸汽空腔”断流弥合水锤为传统的汽液两相流学科中液态→汽态的转换机理，该种情况是由输水管路中降压波造成的。
随着输水系统压力骤降，管道内产生负压，负压过大导致水体由液态向汽态转化，管内完全被细小气泡、泡沫和液体的两相混合物充满，随后蒸汽空腔慢慢形成，最终产生水柱分离，此时空腔内充满水蒸气。
特别是在管线纵剖面上纵坡变化较大的位置，如“膝关部位”、“小丘顶部”等处，更容易产生一些大空腔。
当这些空腔下游具有足够大的背压时，分离的水柱会快速闭合，空腔溃灭，原来的水蒸气快速凝结，分离的两股水柱相互猛烈碰撞，造成升压很高的断流弥合水锤。
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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：（1）连续方程 2L H c Qt gA x∂∂=-∂∂ （2）动量方程1()L H Q f Q x gA t∂∂=-+∂∂ 两个非线性偏微分方程的数值求解方法为拉格朗日“波特性法”（Wave Characteristic Method ，简称WCM ），以瞬态管流源于管道系统水力扰动中的压力波的发生和传播这一物理概念为理论基础，通过追踪水锤波的发生、传播、反射和干涉，计算各节点不同时段的瞬态压力值。
在Journal AWW A 上发表的多篇论文中，Wood 教授对波特性法作了详细的论述，并通过数值模拟及工程验证对该方法与特征线法做了大量对比。
结果显示，“波特性法”与特征线法具有同等的准确性，两者的计算结果完全吻合。
鉴于波特征法的特殊计算理论基础，它又具有征线法所不具备的高效计算速度。
2.2 水锤分析计算停泵水锤的数值计算针对的是事故断电水泵开阀停车这种最不利的工况。
在停泵水力过渡过程中，泵后止回阀的关闭程序对泵站管路系统的瞬变特性具有十分重要的影响（但也有例外，即影响不敏感），关闭的快慢与管线压力的变化、水泵倒流和倒转速有直接的关系，我们选择下面三种止回阀的关阀方案进行试算：A ：3S 快闭95％，26S(≈2μ1)缓闭5％，偏向于快闭的二阶段关阀方案； B: 3S 快闭95％，10S(≈0.8μ1)缓闭5％，接近于投产后的实际运行工况； C: 5S 快闭90％，64S(≈5μ1)缓闭10％，偏向于缓闭的二阶段关阀方案； 经计算，停泵后，次高节点和最高节点很快出现水柱分离现象，且分离水柱不具备弥合的条件，故先在这两个节点分别安装DN50+1.6mm 注气微排阀，消除真空，再进行各方案试算。
（1）止回阀关阀方案A图2为事故停泵后止回阀节点的水击压力历时曲线，图3则为整条管线的水击包络线。
可知，第63秒时，止回阀出口压力达到最大值317m ，升压比58.5%。
图3 方案A 整条管线的水击包络线（2）止回阀关阀方案B：3S快闭95％，10S缓闭5％该关闭程序与投产后的实际运行工况相近。
水力式水泵控制阀二阶段关阀方案的选择余地不大，它受到下列因素的约束：启泵慢开和停泵缓闭，这二个因素有时候相互制约，不能随意调节。
事故断电，管线上游三个局部高峰节点和止回阀节点水击压力历时曲线分别如图6-9所示，局部管线水击包络线图见图10。
可以判断，断流空腔弥合水锤的发生源是节点A15和A18，而不是泵站止回阀下游。
由止回阀节点的水击压力历时曲线图9可知，停泵所产生的正压水锤波就是图中的第一个尖波，但强度只有184.7m，(低于稳态压力200m)，发生时间为12.37s，接近于一个水锤相（μ1＝7454*2 /1171.6＝12.72S）。
依次推知，止回阀下游后期发生的水锤升压都是由A15-18节点等其他节点所产生的非常水锤反射而来的。
2.3 泵站水锤防护措施针对这个实际的关阀方案，采取如下停泵水锤防护措施：在泵站止回阀下游安装DN100的水击泄放阀，设定开启压力210m(比稳态压力高10m或者5％～10％，若有多个水击阀并联，其设定压力可以相差2～3m递增)，关阀压力设定在205m，响应高压水锤快速开启所需时间0.5s(不能太慢，否则无法响应以声速传播的水锤高压，跟泄压阀不同)，关阀时间10s（不能太快，否则会产生自身关阀水锤，尤其是可能引导大流量倒流的水击预防阀更不能快闭）。
其消锤效果见下面图11中的红色线，粉红色线是没有安装水击泄放阀之前的水击压力历时曲线，高压水锤波被削减了几十米。
另外两个关键节点A15和A18的消锤效果见图12和图13。
由图12和图13可知，泵站的水击泄放阀对远在1500～1800m之外的二个A15-18节点产生的断流弥合水锤效果甚微，既不能大幅削减弥合升压，更不能消除负压。
对付这种断流弥合水锤的最好办法应该是就地安装“特效的”“注气微排阀”。
经泵站水击泄放阀消锤后，上游吸水池至A66节点管段水击包络线如图14所示，比较图10和14可以看出：最高水击压力由原来的655m被削减为大约570m，整条“最高压力线”下移了几十米。
2.4 管线沿线水锤防护措施由于2350～3000m之间的管段位置很低，稳态压力仍然偏高，可以在个别节点，如最低节点A26（图14中约2600m处）安装一台DN50～100的水击泄放阀，将会在A26附近形成一个泄水低压漏斗，局部降压，保护局部管线。
但是它的保护范围是有限的，前后大约几百至一千米，见图15和图16。
原来233m的高压被削减为215m，也仅削减18m，而且对负压无效。
图14中2000～4500m2.5水击预防阀与水击泄放阀比较更换泵站的水击泄放阀为同样口径DN100的水击预防阀，即具有感应低压提前开启预防水锤功能的双导阀水力式水击泄放阀-Surge Anticipator 或者Anticipator Valve。
其设定条件如下：低压提前开启设定压力：100m-相当于稳态压力200m的0.5倍；快速响应低压条件开启时间：0.5s；等待高压波返回维持开启时间：23s(由图11可知，最高的第一个高压波上升沿距离停泵时间大约是23s，这个维持开启时间既不能太长-以免泄水过多反而引导水锤或加重水锤，也不能太短-以免高压波返回时预防阀已经关闭，失去预防功能，更重要的是，这个维持时间不能没有控制手段而任由系统的水力条件自行决定，不能主动而且可控的自动关闭的提前开启可能会导致相反的效果)；高压开启设定压力：210m（同水击泄放阀设定值）。
其消锤效果如图17所示：因为23s持续＋10s关阀共33s 的长时间泄水，DN100口径偏大，泄水过多，造成管线失压，并且引导A15-18节点发生更严重的拉空弥合水锤（见图18-19）。
由图17看出：水击泄放阀仅开启一次(粉红色线)，把水击高压控制在210m以内后就稳定在止回阀节点的静态压力493-340＝153m附近，而水击预防阀却在300s的模拟时间内反复开启了9次，造成泄水过多（预防阀的特点是一旦开启就完全开启达到最大泄流能力，而泄放阀则是调节型开启，随水击压力大小自行调节开启度）。
预防阀反复开启的原因是：（参见）图9中100s内的3个高压水击波都有下降沿，这些下降沿都达到100m的预防阀低压设定值，导致低压导阀反复动作。
工程现场的实际情况的录像基本证实这个模拟结果。
2.6 水击防护阀功能选择与口径选择的重要性水击预防阀是比水击泄放阀功能更强更完善更高级的泵站水锤防护后保护设备，五十年代诞生于美国，经过几代更新换代，现在已经发展到了智能化的电子控制式的机电一体化阶段（第五代，前几代分别是：第一代，纯水力式高低压双导阀水击泄放阀CD型；第二代，带水力延时导阀的纯水力式三导阀水击泄放阀BCD型；第三代，带电磁导阀的电控型水击预防阀BCDE型；第四代，带水力放大器的ABCDE型水击预防阀）。
但是，它价格昂贵，而且可能会使水力系统复杂化。
许多场合，简单的水击泄放阀比复杂的水击预防阀可能更实用。
通常情况下，建议选用一个或多个水击泄放阀与一个水击预防阀并联，而且选择预防阀的口径尽量小一点，不宜过大，对一个系统，少至1个多至10个泄放阀配套1～2个预防阀而且尺寸小1～2级的就可以。
这里，为了防止泄水过多，我们把预防阀的口径变小为DN50试算看看，除口径外，其他设定条件与原来的相同，结果见图22～24。
实际的工程实践是：已经按照好的DN100预防阀口径无法改变，但是我们把预防阀上游的控制隔离闸阀DN100关小了大约2/3，仅保留大约1/3的开度，从而达到比较理想的效果。
该系统共有五级加压泵站，最高280m扬程，试运行几个月以来，每天开停泵10来次，几乎每次都是开阀停泵（虽然“艺高胆大”，毕竟过于冒险），尽管预防阀每次都开启泄水（这说明管线低压和高压波动都很大），庆幸的是整个管线系统都安然无恙。
但是每天泄水多次对水击阀（属于安全阀类）而言应该说负荷过重：因为高压直接排向大气，压差高达200～300m，阀口流速高达v m s=====60~74/如此高速水流对阀口的冲刷非常厉害，而且气蚀严重，会缩短寿命。
水击阀不宜频繁开启泄水，它的正常工作状态应该是频率很低的间歇式开启-即所谓的后保护而已-protection，它不能站在预防水锤的前线，而前线的角色应该是由水泵控制阀和注气微排阀等预防设备充当-prevention，而Protection ≠Prevention。
由图22-24看出，经水击泄放阀保护后压力比较稳定-粉红色线，而水击预防阀则引导空腔弥合水锤，而且它本身没有能力彻底消除这种（可能由自身泄水过多导致的）尖波型的弥合水锤。