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输水管道工程水锤特点及防护

文档作者：云华文档来源：呼和浩特市同心德市政工程设计研究有限公司		点击数：	更新时间： 2024年04月29日
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上一篇：钢质然气管道腐蚀因素及防护对策研究

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l34 内蒙古水利 2010年第5期(总第129期)
【节水及灌溉】
输水管道工程水锤特点及防护
云 华
(呼和浩特市同心德市政工程设计研究有限公司，内蒙古呼和浩特010010)
(摘要] 文章分析了输水管道水锤发生的原因及类型，并提出防护的具体措施。
[关键词] 输水管道；7g-~；防护
中图分类号：TU 821 文章标识码：B 文章编号：1009—0088(2010)05—0134—01
水锤又称水击。水(或其他液体)输送过程中，由
于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶
等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波
动的现象。长距离输水工程应进行必要的水锤分析计
算，并对管路系统采取水锤综合防护计算，根据管道纵
向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数
量、型式、口径。
1 水锤发生的原因与分类
1．1 引起水锤过程的原因
(1)启泵、停泵、用启闭阀门或改变水泵转速、叶
片角度调节流量时；尤其在迅速操作、使水流速度发生
急剧变化的情况。
(2)事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时
停泵。较多见的是配电系统故障、误操作、雷击等情况
下的突然停泵。
1．2 水锤破坏主要的表现形式
(1)水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏；
或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。
(2)水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相
重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引
起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联
结轴的断裂。
(3)水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减
小，影响正常供水。
1．3 水锤的分类与判别
(1)按产生水锤的原因可分为：关(开)阀水锤、启
泵水锤和停泵水锤；
(2)按产生水锤时管道水流状态可分为：不出现
水柱中断与出现水柱中断两类。前者水锤压力上升值
△H通常不大于水泵额定扬程H 或水泵工作水头Hn
称正常水锤；后者当水柱再弥合时，水锤压力上升值较
高，常大于H 或H。，是引起水锤事故的重要原因，故
称非常水锤。所谓水柱中断，就是在水锤过程中，由于
管道某处压力低于水的汽化压力而产生。
2 水锤的防护
2．i 沿线管道纵向设计的水锤防护
凡是以压力方式输水的管道就会发生水锤，长距
离输水工程中应充分的认识到水柱弥合水锤的危害。
在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中
水流速度变化时，致使管道中水压力的升高或降低，在
压力低于水的气化压力时，水柱就被拉断，出现断流空
腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中
的水升压，则就形成断流弥合水锤，弥合水锤升值很
大，在实验装置观测到的竞达到工作压力的2～4倍，
因此，其对输水安全性的危害很大。
水在输水管道运行时，实际上是水气两相流。因
此，在长距离输水管道设计时，应依据输水管道的纵向
布置，分析研究计算可能出现的不同工况下水的流动
状态，选择合适的位置(一般在每个较缓的驼峰处)布
置排气阀。在管线的水平段，排气的问题更突出，因此
在设计时一般人为的把管线布置成隔一段有一个高点
(当然坡度不能太大)，设置排气阀，而且水平距段根
据经验一般在600～1 000 m设置1处。另外，排气阀
的选择也很重要，因为管道中运行时，水在管道中的状
态很复杂。根据国外水锤研究者提供气水两相流可分
为六种流态，即层状流、波状层、段塞流、气团流、泡沫
流、环状流，由于水流流态的复杂性，也就产生了排气
的困难，因此除了确定排气阀的合理数量，合适位置，
对排气阀种类号I生能也应充分重视。
长距离输水工程中在工艺设计时，采用安全、合
理、经济的水锤防护措施，效果较好，但不能做到全部
去除，因此，在管道的结构设计中也应有所考虑。
2．2 停泵水锤防护措施
由于停泵水锤可能导致泵站和输水系统发生严重
事故(如泵房内设备或管道破裂导致泵房淹没，输水
管破裂导致沿途房屋渍水)，因此，有必要根据具体情
内蒙古河套灌区推广节水灌溉的建议张弼强等 135
【节水及灌溉】
内蒙古河套灌区推广节水灌溉的建议
张弼强 ，王文利
(1．内蒙古河套灌区管理总局，内蒙古临河015000；2．巴彦淖尔市农垦管理局，内蒙古临河015000)
[摘要] 通过对当前国情的分析，并结合河套灌区的现状及灌溉特点，从节水灌溉工程技术的角
度出发，阐述了河套灌区发展节水农业的必要性，同时提出了适宜于灌区应用和推广的节水灌溉技
术。
[关键词] 河套灌区；节水灌溉
中图分类号：Tv 213．4 文章标识码：B 文章编号：1009—0088(2010)05—0135—03
0 前言
2010年春季，西南5省面临世纪大旱，5 000多万
同胞受灾。这场少见的世纪大旱使农作物受灾面积近
500万hm ，其中40万hm 良田颗粒无收，2 000万同
胞面临无水可饮的绝境。云南、贵州不是传统的缺水
区，但水资源利用率较低。旱情暴露出来的主要是“小
农水”(小型农田水利工程)的问题。中国西南正遭遇
一场百年难遇的大旱，旱情敲响了环保、节水的警钟。
刚刚结束的全国“两会”上，温家宝总理的《政府
工作报告》提出，中国将以农田水利为重点，加强农业
基础设施建设，加快大中型灌区的配套改造，扩大节水
灌溉面积，建设高标准农田，完成大中型和重点小型病
险水库除险加固任务。
目前，巴彦淖尔市各类工程蓄、引、提水总量达49．
192亿m ，其中，农业用水47．447亿in ，约占用水总量
的96．5％。河套灌区总土地面积112．00万hm ，现引
黄灌溉面积57．44万hm ，其中节水灌溉面积达14．4O
万hm ，占灌溉面积的25％，年节水1．333亿in 。
河套灌区是我国及内蒙古自治区重要的商品粮基
地之一，是巴彦淖尔市农业经济的支柱。河套灌区是
没有灌溉就没有农业的地区，灌区农业生产的发展得
益于引黄灌溉。目前，黄河水资源13趋紧缺，分配给河
套灌区的黄河水将由年5O亿m 左右减少到4O亿
rn ，而且，农业用水占用水总量的比例较大，传统的灌
溉方式，使水的利用率仅在0．4左右，客观上加剧了水
况采取相应的措施来消除停泵水锤或消减水锤压力。
(1)降低输水管线的流速，可在一定程度上降低
水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。
(2)输水管线布置时应考虑尽量避免出现很陡的
驼峰或坡度剧变。
(3)通过模拟，选用转动惯量GD2较大的水泵机
组或加装有足够惯性的飞轮，可在一定程度上降低水
锤值。
(4)设置水锤消除装置：①调压室：调压室是一个
钢制或钢筋混凝土的水箱，压力管道上的调压室有单
向与双向调压室2种。②气压罐：国内使用经验不多，
在国外(英国)使用较广泛。它利用气体体积与压力
的特定定律工作。随着管路中韵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。~zk锤消除器：水锤消除器能在无需阻止流
体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可
能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从
而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。
8O年代以前曾经广为采用。它安装于止回阀附近，某
些水锤消除器无自动复位功能，容易因误操作导致发
生水锤。④缓闭止回阀：有重锤式和蓄能式两种。这
种阀门可以根据需要在一定范围内对阀门关闭时间进
行调整。一般在停电后3～7 S内阀门关闭70％ 一
80％，剩余20％ ～30％的关闭时间则根据水泵和管路
的情况调节，一般在lO～30 s范围。可以利用计算机
模拟最佳时间，并现场调试确定。值得注意的是，当管
路中存在驼峰而发生弥合水锤时，缓闭止回阀的作用
就十分有限。 (编校：郭宝丽)
收稿日期：2010—07—31
作者简介：云华(1972一)，蒙古族，工程师，现从事城市给
排水设计工作。

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