长距离浆体管道输送水锤现象及其防护分析

丝
ａｍ
（） ２
然停止运行 、管道 内有异物堵塞管道 、管道的 自然落差 较大
式 中 ： 一管道 长 度 （ ） ｍ 当 Ｔ ≤Ｔ 时 ，阀 门 Ａ 处 受 直 接 的 波 动 压 力 ，不 受水 锤 反 ｓ 射 波 的影 响 ，此 时 的水 锤 为 直 接 水 锤 。当 Ｔ ＞ 时 ，阀 门 Ａ ｓＴ 处 的 水 锤 为 间接 水 锤 。
：
ｇ 式 中 ：ｈ 水 锤 压 力 （ ａ ； 一 Ｍｐ ）
Ｖ 粒 管 道 内浆 体 流 速 （ ／ ） 一 ｍ ｓ； ａ 一 浆 体 水锤 波速 （ ／ ） ｍ ｓ； ｇ 重 力 加 速 度 （ ／ ） 一 ｍ Ｓ。 从 式 中可 以看 出 ，浆 体 水 锤 压 力 与 浆 体 流 速 成 正 比 ，浆
摘
要 ：随着长距离浆体管道输送 的 日益发展 ，管道运 行中的水锤 问题也亟待解决 。浆体水锤与清水水锤因输送物
料 的不 同而 存在 较大差异 ，浆 体水锤的研究分析较之更有难度 ，对浆体水锤 的研究和 防护分析也显得尤为重要。
关 键 词 ：长 距 离浆 体 管道 输 送 ；浆 体 水 锤 ；清 水 水 锤 ；防 护 分 析
、
浆 体 水 锤 原 因
如上 图 １ ，当关闭阀门 Ａ时 ，引起的水锤 波动会 向泵站处传
播 ，传 播 时 间 【为 ： ２ 】
：
浆 体 水 锤 （ 称 浆 体 水 击 ）是 发 生于 浆 体 管 道 输 送 过 程 也
中的一种压力 波动 ，由于浆体流速 的突变 ，造成 的管道 系统
内 压 强 剧 升 和 剧 降 的交 替 变 化 的现 象 。 造 成 浆 体 水 锤 的 原 因很 多 ，如 关 阀 或 开 阀 过 快 、泵 的 突
象。
当缓慢地 关闭阀门 Ａ时 ，管道内浆体的流速变化较小 ， 不会 引起 压强的剧变 ，此时无水 锤现象 。浆体水锤 发生时 的 收稿 日期：２ ２ ０ — １ ０１ — ４ ０ 作者简介 ：李
（ ）真空不满流和弥合水锤 ，此为按水锤波动wenku.baidu.com现象分 ３
中图分类号：Ｔ９１ Ｕ ９ 前 言 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ － ９ ３ （ ０ ２ ７ ０ ６ － ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — ２ １０
压力 用 Ｊ ｕ ｏ ｋ ｏ ｋ ｗｓ ｙ公 式 表 示
近 几 十年 发 展 起 来 的长 距离 浆 体 管 道 输 送 技 术 以 其 独 特 的 优 点 逐 渐 发 挥 着 不 可 替 代 的作 用 ，并 与 铁 路 、公 路 、 水 运 和 空 运 共 同构 成 了 当代 的五 大 运 输 体 系 。我 国 的长 输 浆 体 管 道 在 技 术 上 的 发 展 取 得 了很 大 的 进 步 ，但 是 在 理 论 和设 计 等 许 多 方面 还 存 在 问 题 ，而 关 于 运 输 过 程 中 的浆 体 水 锤 现 象 的
析 、 计 算 、 预 防和 防护 也 尤 为 重 要 。
一
体水锤波速会 随着 阀门前的水压 的愈高而愈大 ，所 以快速启
闭阀 门 时 ，管 道 内 浆体 流 速 即 有 很 大 变 化 ，继 而 产 生压 力 的
急剧升降 。若快速 的关 闭阀门 Ａ，为关阀水锤 。同理 ，也存
在 开 阀 水 锤 。 。 二 、浆 体 水 锤 分 类 （ ）直 接水 锤 和 间接 水 锤 ， 此 为按 关 阀 时 间 Ｔ １ ｓ分 类 。
曩
一
图 １ 水 锤 现 象 示 意
但是如果 阀门被 突然闭合或打开或是遇到一些意外事故 时，
就会 出现 不同程 度的关阀水锤 。停泵水锤是指泵机组 因突然 的因素 （ 如人 员操作失误、外 电网事故跳 闸、 自然灾害等） ， 造成 的泵 和管路 中浆体流速发 生递变 引起 的压 力交替变化现
第１ ２卷 第 ７期
２０１ 在 ２
中 国
水
运
Ｖｏ１ ２ ．１ ＪｕＩ ｙ
Ｎｏ． ７
７月
Ｃｈｉ ａ ｎ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ｎｓ ａ ｐｏｒ ｔ
２ ２ ０１
长距 离浆体 管道输送水锤现象及其防护分析
李 景 ，孙 萍
（ 阳 大 学 机 械 工 程 学 院 ，辽 宁 沈 阳 ｌ ０４ 沈 １ ０ ４）
以及人员 的操作 失误等等 ，但是都可 以归结为 内部 因素 和外
部 因素两种 。内部 因素是流动浆体 的可压缩性与惯性 ，可压 缩性使浆体体积 减小 ，惯性则为浆体 水锤提供 了能量 。外部 因素大致为辅 助浆体运输 的设备造成 的 ，阀 的启 闭、泵 的启
停 、管道落差等都有可能造成水锤 。 以阀 的启 闭为 例 ，如 图 １示 。
预防 以及 防护问题就是其 中之一 。浆体水锤在浆体 管道输送
过 程 中是 经 常 发 生 的 ，它 可 能 导 致 管 道 的 振 动 、噪 声 、 管 道 破 裂 、 跑 浆 、 泵 和 阀 等 设 备 的损 坏 ，严 重 时 会 引起 爆 炸 、 泵
站被淹等 。我国有多例水锤事故 发生 ，都给生产和 生活带来 很大 的影 响和损失 ，国外也 有大量的水锤事例 ， １ ８ 年发 ９ ５ 生于加利福尼 亚的圣俄 罗费尔核 电厂 的空泡溃灭水锤 事故 ， 就使得该核 电厂 被迫停堆 。随着浆体 管道输送 的 日益 重要 ， 其安全运行则 成为必须考虑 的任 务 ，对水锤现象 的研究 、分
一 门Ａ
（ ）启泵水锤 、关阀水锤和停泵水锤 ，此为按造成水锤 ２ 现象 的外部 因素分类 。如图 １示 ，启泵前泵站出 口管道处于 充水状态 ，当突然启泵时 ，出１管道 内的滑水 由突然静止转 ３ 向运动 ， 由于 清水的静止惯性 ，在其上游突然接受泵站开泵
后 的 正面 冲 击 ，从 而 产 生 正 压 水 击［。 因 关 闭 阀 门 造 成 的水 ３ １ 锤 现 象 为 关 阀 水 锤 ， 门 的 正常 关 闭一 般 不 会 引起 水锤 现 象 ， 阀