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

发表时间：2019-01-18T09:23:39.167Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：杨俊

[导读] 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。

广州市市政工程设计研究总院有限公司广东省广州市 510030

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]。

二、供水管道系统水锤防护措施

（一）降低供水管道之中的水流速度

水流速度是水锤效应破坏力大小的主要因素之一，因此，通过降低供水管道之中水流速度的措施，可以有效的减少水锤效应产生的压力，从而起到防护的作用。降低供水管道水流速度需要增大供水管道的管径或者减少供水管道的供水范围。也可以通过加设泵站的方式来降低水流速度，两个泵站之间应该通过吸水井相连。在水锤的计算过程之中可以发现，停泵造成的水锤现象应力大小是与泵站整体的几何扬程相关联的，也就是说，几何扬程越高，那么停泵造成的水锤压力就越大，所以在进行加压泵站的建设过程之中，应该根据当地的实际情况以及对供水管网的实际需求来选择合适的水泵扬程。同时，在供水管道系统的管理过程之中，应该注意事故停泵现象，一旦发生事故停泵后，应该等到止回阀后管道已经充满水后再进行水泵的启动，同时，启动水泵时阀门不建议完全打开，否则会造成供水管网的重大水锤事故。这里要注意的是，采用降低供水管道水流速度的防护措施，会增大输水管的管径，从而提升给水工程的整体造价，设计防护措施时应该根据工程资金来进行合适的供水管径选择[2]。

（二）恒压控制技术的应用

所谓的恒压控制技术，即是通过PLC自动化控制技术，对于供水管网的水泵进行整体的速度调控，从而实现供水管网系统的自动化控制。这套控制技术能够对于系统内部的水压进行检测和调节，通过检测到的管网压力系数，反馈到水泵的速度调节系统进而控制供水管网内部的水流流量，从而使水压维持在一定的数值，达到恒压供水控制的效果，从而避免产生过大的水流压力波动，进而减少水锤现象发生的几率。

（三）水锤消除器的安装

水锤消除器的安装是针对停泵水锤现象发生而应用的设备。这种设备一般安装在整个系统的出水管道附近，通过将管道内部的水压转化为水锤消除装置的动力来实现水锤消除器的自动化作业，也就是说，当供水管道系统内部的水压高于水锤消除器的临界值时，其排水口会自动打开，通过放水来减少管道内部的压力，从而达到平衡管道内部压力的作用。水锤消除器一般分为两种，一种是机械式水锤消除器，其发生一次动作之后需要人为的调整才能进行恢复，另一种是液压式消除器，这种消除器可以在进行作业后自动完成恢复操作，不需要人工的干预。

（四）缓闭止回阀的安装

缓闭止回阀是水锤防护措施之中应用较多的装置，能够有效的消除停泵水锤的现象，然而由于在缓闭止回阀进行动作时，会出现一定的水量倒流的现象，所以其供水管网之中必须设置溢流管。缓闭止回阀分为两种，一种是重锤式缓闭止回阀，另一种是蓄能式缓闭止回阀。这两种阀门可以根据供水管网的实际需求对阀门的开关时间进行精密调整。一般情况下，停电后的三到七秒之内，阀门会关闭百分之70到80之间，剩余的百分之20到30的关闭时间可以根据水泵内部的压力以及供水管网的实际情况进行调整，一般时间在10秒到30秒之间。这里要注意的是，如果管路之中存在着驼峰现象而发生弥合水锤的情况，缓闭止回阀就很难起到消除水锤现象的作用了[3]。

（五）单向调节塔的设置

单向调节塔是一种防止供水管网内部水柱拉断而形成弥合水锤现象的有效措施，需要在供水系统泵站附近的适当位置进行修建，其高度应该低于该处的供水管道内部的压力。当供水管道内部的压力低于单向调节塔的水位时，单向调节塔会自动向管网系统进行补水，进而防止供水管道内部的水柱被拉断。这里要注意的是，单向调节塔能够有效的防止弥合水锤现象的发生，但是对于停泵现象以外发生的水锤现象的降压作用十分有限，而且单向调节塔的阀门性能要有着绝对的保证，否则一旦阀门失灵，则会发生比较严重的水锤现象。（六）旁通管的设置

旁通管的作用在于当供水管道系统在进行正常运行时，因为水泵压水的侧水压比吸水侧的水压要高，所以整个止回阀会处于关闭状