论压力流系统水锤防护技术

论压力流系统水锤防护技术

阮世贵

阮世贵（广西华蓝设计（集团）有限公司，广西南宁530011）

摘要：在给水系统中，水锤现象在小区给水泵房和二次加压泵站常有发生，给整个给水管网带来危害，轻则引起管道振动，水压波动，流量迅间波动较大，影响正常使用，产生水锤噪音，重则爆管漏水，造成供水中断事故，还有可能带来损坏设备、伤及操作人员等次生灾害。特别是在高层建筑中，由于管网压力较高，危害更大。因而水锤的防护是整个给水管网正常运行的关键因素。

关键词：水锤；危害；防护技术；措施

1水锤及其危害

在建筑给水系统中，水锤在小区供水泵房或二次加压泵站常有发生，特别是在高层建筑中，由于建筑高度大，水泵扬程高，水泵工作多为自动控制，阀门快开快闭，还有些水泵在出水阀门开启的状态下启动和停车，发生水锤的危险性更大。因此在建筑给水系统中，对水锤的防护应引起高度重视。

根据阀门的关闭／开启时间Ts与水锤波相长t的差异，水锤表现为直接水锤和间接水锤两种形式：当Ts＜t时，在阀门关闭过程中，反射回来的负水锤波未到达阀门时，阀门已关闭。关阀水锤所产生的总压强增高值无负水锤波的干扰作用，这种水锤称为直接水锤，当Ts＞t时，在阀门关闭过程中，反射回来的负水锤波到达阀门时，阀门常未完全关闭，负水锤波导致压强增值受到了干扰（即降低），水锤峰值被削减，这种水锤称为间接水锤。在同一条件下，直接水锤比间接水锤的危害性要大得多，危害最大的是断流弥合水锤。

2水锤防护技术

2.1安装进排气阀。

输水管道在开始输水、停止输水和流量调节及事故停泵的不同工况下，需将管内空气排出或将管外空气补进管内，使压力管道系统不受气体、水锤负压等危害而安全运行。安装进排气阀的作用归纳起来有三方面：一是空管道充水时及时排除管内空气，以免产生气阻而引发启泵水锤；二是管道在运行情况下，能随时排出水中逸出的气体，避免气体的聚集、扩散而使输水量下降、管道漏水或引发气爆型水锤；三是管道发生水锤事故产生负压时，能及时的补充空气，不致负压过大而水柱分离。

当用进排气阀作为管道水锤防护时，在阀下装一法兰短管，下口伸到管顶下0.2~0.3D处，此短管在管顶处有一小孔，当停泵水锤发生时起始为负压，进排气阀自动打开向管内大量进气使负压减少，不致产生水柱拉断。进一步发展到正压力水锤时，管内顶部空气通过法兰短管，排气阀自动向外排气。当管内水面上升到70％~80％D的高度，即达到法兰短管的下口，而向进排气阀内进水，使管内的负压程度减少，而保证不产生水柱拉断水锤，有效地起到水锤防护作用。即在负压水锤波过去后，管道顶部20％~30％高度气囊内的空气，在正压力水锤到来时利用空气的可压缩性起到了良好的能量吸收作用，而使压力上升大幅度地减少，保证了管道的安全。在水锤波过去后通过小阀孔缓慢地经过进排气阀的小孔口自动排出。在此阶段管内水面高度在管断面70％~80％高度以上，接近最佳充满度并不致影响输水功能，直到顶部空气全部缓慢排出恢复正常。

2.2安装缓闭阀。

在水泵出口处安装缓闭阀是水锤防护的较好方法。缓闭阀的类型较多，如两阶段关闭的缓闭蝶阀、缓闭逆止阀、水压阀等。

两阶段关阀之所以可以有效地控制事故停泵水锤，与停泵水锤中水泵处瞬变流特性密切相关。停泵后管道中的水流先由正向流动逐渐减小到零流速，然后再在重力作用下开始倒流。停泵后水泵处在惯性水泵工况时，即在到达零流速之前，两阶段关闭蝶阀在快关阶段迅速关闭至某一角度，造成很大的局部阻力，而当水流在重力作用下开始倒流时，由于蝶阀已关闭行程的大部分，但尚未全部关闭，因此，部分水倒流，从而使升压减小，然后再以缓慢的速度关闭剩余的行程。由于压力的升高与流速的变化成正比，慢关过程导致流速变化的增量减小，从而把出水管道的压力升高限制在允许的范围之内。如两者的配合与水流的过渡状态非常协调，可达到控制水锤升压，控制或防止水泵倒转的目的，从而起到有效的防护效果。

2.3采用泄水降压型水锤防护技术。

泄水降压型水锤防护措施，主要有止回阀加旁通管、水锤消除器、防爆膜等几种。下来分别作以简单介绍。

2.3.1旁通管防护措施。对管线纵断面有凸部系统，水柱分离通常在某一凸部附近形成，且气穴会在一定范围内逐渐向高处波及，形成气穴流，当管路水流发生倒流后，气穴体积将迅速减小直至溃灭，产生很高的水柱弥合水锤，如能在水柱分离段的末端布置一逆止阀和旁通管，则可减小水柱弥合的升压和减小下游其他部位的水力波动。其原理为，该阀和旁通管作为管路中的阻力部件，一方面阻止了倒流流量，消弱了水流对气穴的冲击，从而减小了弥合升压；另一方面，通过倒流释放能量消减了关阀水锤压力的幅度。

2.3.2水锤消除器实际上是具有一定泄水能力、并适合于泵站停泵水锤压力变化过程的安全阀。其基本原理是在水泵断电后，管路中出现低压的短促时段内，水锤消除器阀门迅速动作，呈开启状态，待倒泄水流到达，管道产生突然压力升高的瞬间，迅速按照要求，释放一部分管道中的压力水，以缓冲压力上升，从而达到防止水锤的目的。

2.3.3防暴膜是在需要保护的管道上用一支管连接，并在其端部用一塑性金属膜片密封，当管中升压超过预定值时，膜片爆破，泄掉一部分高压水，以保证主管道的安全，起到水锤防护的效果。一般用于小流量、高扬程的泵站，作为其他防护措施的后备保护。

3水锤防护措施的选择

选择水锤防护措施应考虑以下几个因素：

3.1所选用的防护措施，应与所处泵站及管路系统的规模、作用、对安全性的要求及技术（管理）水平等相适应，并尽可能地选用技术安全可行、经济合理、管理维修方便的防护措施。

3.2在有可能产生水锤危害的情况下，应早期防治。如在设计泵房及管路系统时，在选定输水管走向、选用水泵机组和管材，确定管径及管内流速等方面，都应考虑采取消除或减轻水锤危害的措施。

3.3根据具体情况，尽可能采用综合性防护措施（几种措施同时采用），以提高防护功能的安全可靠性。

3.4对防护设备的管理维护及操作等方面的要求，应给予足够重视。