浅谈_水锤效应_的危害与消除措施

科技信息2010年第9期

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION

为了满足城乡人民的正常生产和生活用水需求，减少供水管网及设施的维修费用，预防供水事故的发生，认识及消除水锤效应，是非常有必要的。

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,所以叫水锤。当打开的阀门突然关闭，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用即正水锤；相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤即负水锤，也有一定的破坏力，这两种现象就是水利学当中的“水锤效应”。电动水泵机组突然停电或启动时，同样也会引起压力的冲击和水锤效应。这种压力的冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。

1水锤产生的条件以及水锤效应的危害

水锤产生的条件有：阀门突然开启或关闭；水泵机组突然停车或开启；单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；水泵总扬程（或工作压力）大；输水管道中水流速度过大；输水管道过长，且地形变化大等。

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，造成的危害有：引起管道强烈振动，管道接头断开，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。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。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。

2水锤效应的消除措施

2.1开（关）阀水锤消除

开关阀水锤有直接水锤和间接水锤，延长开阀和关阀的时间，可避免产生直接水锤。离心泵、混流泵应在阀门关至15%—30%时而不是全关时停泵，这样可以降低水泵出口压力，防止水泵振动及延长阀门使用寿命。对于轴流泵在泵出口一般不应设阀门。

2.2启泵水锤的消除

2.2.1排除管道空气，使管道充满水后再开启水泵。

2.2.2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。

2.2.3当水泵必须在空管启动时，可采用分阶段开阀启泵方式：首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；然后启动水泵，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。

设有止回阀的水泵，应在止回阀前设自动排气阀、在止回处设旁通阀。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。据调查分析国内几个泵站的重大水锤事故多在这种情况下产生。

2.3停泵水锤的消除

给水管中的水在断电后的最初瞬间，主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水池方向流动，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，从而引起水锤现象的发生。

2.3.1降低输水管道的流速，增加管道直径、壁厚，可在一定程度上降低水锤压力。

2.3.2选用转动惯量GD2较大的电动机或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水锤值。

2.3.3输水管线布置时，减少管路布置的陡峭度，尽量布置平缓管路，应考虑尽量避免出现峰点或坡度剧变，在管路中各峰点安装可靠的排气阀，避免产生弥合水锤。2.3.4通过水锤计算，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。

2.3.5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。

2.3.6停泵水锤主要因为出水管道止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停泵的危害，并且可以减少水头损失，节约能耗；目前，经过一些大城市的实验，认为一级泵房可以取消，二级泵房不易取消；取消止回阀时应进行停泵水锤压力计算，为减少和消除水锤，目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。

2.3.7在大口径的水泵出水管上安装缓闭止回阀、微闭蝶阀，可有效的消除停泵水锤，但因阀门动作时有一定的水量倒流，吸水井须有溢流管。需要注意的是，当管路中存在峰点而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用就十分有限。

2.3.8紧靠止回阀并在其下游安装水锤消除器，管道中的水锤压力通过开启的水锤消除器泄掉，以平衡局部管道的压力，防止水锤对设备和管道的冲击。

2.3.9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，通过缓闭来减小停泵水锤冲击，从而有效消除水锤。

2.3.10设置双向调压塔，在泵站附近或管道的适当位置修建，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。

2.3.11单向调压塔：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。

2.3.12安装气压罐，随着管路中的压力变化气压罐向管道补水或吸收管路中的过高压力，其作用与双向调压塔类似。

2.4其它措施

2.4.1采用PLC自动控制系统，对机泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制。因供水管网压力随着工况的变化而不断变化，机泵工频运行时经常出现低压或超压现象，容易产生水锤，导致对管道和设备的破坏，采用PLC自动控制系统，通过对管网压力的检测，反馈控制水泵的开、停和转速调节，控制流量，进而使压力维持一定水平，可以通过控制微机设定机泵供水压力，保持恒压供水，避免了过大的压力波动，使产生水锤的概率减小。

2.4.2安装泄压保护阀，该设备安装在管道的任何位置，和水锤消除器工作原理一样，只是设定的动作压力是高压，当管路中压力高于设定保护值时，排水口会自动打开泄压。

3结束语

水锤效应的危害是极其严重的，但是，水锤效应只和水本身的惯性有关系，所以在管路中采取一系列缓冲措施和安装水锤消除设备，它的危害是可以控制在最小的，并且水锤效应正在逐渐被人类认识并利用，比如适用于山区小流量高扬程供水的水锤泵站、以及直接采用水锤效应来开发水的落差进行扬水的直流液压水锤泵等。

作者简介：李爱茹（1968.6—），女，汉族，大学本科，1991年7月毕业于河北建筑工程技术学院给水排水专业，高级工程师，主要从事供水工程管理工作。

［责任编辑：张爽］

浅谈“水锤效应”的危害与消除措施

李爱茹董文明

（唐山海港开发区供水工程管理处河北唐山063611）

【摘要】本文从水锤效应产生的条件及危害入手，介绍了消除水锤效应的措施。

【关键词】水锤效应；危害；消除措施

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○建筑与工程○

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