长距离多起伏输水管道水锤防护

庄文建

摘要：随着社会的发展，城市化进程在逐步加快，人们的生活水平也越来越高，为了满足社会生活与生产的需要，长距离大型输水工程越来越受到人们的关注。在长距离输水管线中，多起伏输水管道水锤防护是其中的关键，并且多起伏输水管道水锤防护对于输水工程建设有重要的意义。本文重点对长距离多起伏输水管道水锤防护作了分析，并且结合输水系统的实际情况与发展特点，提出了一些科学、合理的水锤防护措施，促进输水工程建设的快速发展。

关键词：长距离；多起伏输水管道；水锤防护

社会城市化进程的加快，促进了输水工程建设的发展，在输水工程建设中，需要重点关注的就是多起伏输水管道水锤防护问题。长距离大型输水工程的建设要求是比较高的，在实际操作中会遇到工程爆管问题，为工程建设带来了安全问题。在输水过程中，长距离有压输水管道中比较容易发生水柱分離与断流弥合水锤现象，对输水管道所造成的损害比较严重。因此，对于长距离多起伏输水管道水锤防护的研究具有重要意义。

1 水锤现象概述

1.1 水锤的基本概念及分类

水锤现象主要指的是由于压力管路中流速的剧烈变化引起动量转换，此时就会在管道中形成一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象。水锤是一种受流速、加速度、动力压强等因素影响的水力瞬变过程。水锤现象的产生稳定性不强，并且随着空间位置和时间的变化而变化，没有恒定流动状态。现在，我国将水锤现象统括称为“泵站管路系统水力过渡过程”，由此可见水锤状态的特点，在从某一稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程中，会出现很多不稳定的现象。

水锤的种类有很多，不同的划分角度，有不同的分类。第一，根据关阀所用的时间与水锤相的关系，可以分为直接水锤与间接水锤。第二，影响水锤形成的外部条件是不相同的，根据这个划分标准，可以将水锤分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤三种。第三，水力是水锤现象中的一个关键因素，根据水力的特性，将水锤分为刚性水锤和弹性水锤。水锤现象的产生会造成水锤波动的现象不同，有水柱连续的水锤现象和伴有水柱分离的水锤现象两种。

1.2 水锤的危害

水锤现象的产生对输水工程有很大的影响，水锤持续的时间比较短，但是却会造成很严重的事故，给工程带来巨大的损失，同时也降低了工程的安全性。而且，在水力过渡过程中，很容易造成管路水柱分离和断流空腔再弥合水锤现象的出现，不仅对输水管道造成严重的损坏，对于工程也会有很大的损失。在输水的过程中，许多操作上的失误都会产生水锤现象，对整个输水工程都造成严重的破坏。由于我国输水工程建设地形的特殊性，水锤事故现象的发生是比较常见的，而且尤其是对于高差起伏较大的西北、西南地区。水锤事故对于工程的影响，事故情况轻点会造成水管爆裂，影响输水工作的正常进行，严重的水锤事故会导致泵站被淹毁。而且水锤事故不仅会对输水工程造成影响，在一定程度上还会损坏铁路路基与设备，也会对人的生命安全造成很大的威胁。

停泵水锤在火电厂循环系统中的影响十分严重，会对火电厂的最低、最高压力、最大倒流量等参数在一定程度上造成影响。如果停泵水锤在火电循环系统中的应用存在不合理的现象，那么不仅会造成严重的浪费现象，同时也会对设备造成损坏。

2 长距离多起伏输水管道水锤防护的意义

水一直是人们生活与生产中不可缺少的一部分，是人们赖以生存的重要资源。随着社会城市化进程的加快，生产上对于水的需求量在逐渐增大，并且水资源对于工业生产与经济的发展也发挥着很大的作用。

随着我国人口的快速增长与社会的快速发展，水资源的供求出现了新的发展问题。在一方面，水的供求量不能满足社会发展的需求，水资源严重短缺。另一方面，北方地区与沿海工业发达地区的水资源严重分配不均，同时也造成发展的不均衡，制约了社会的整体发展。而且，在经济发展过程中，人们一昧追求经济效益而忽视了环境的可持续发展，环境的恶化对水资源也造成了严重的污染。水资源对于社会的发展有很重要的影响，国家也大力发展长距离输水工程的建设，可是工程建设技术的发展并不成熟，在输水过程中总是会出现水锤事故，不仅对工程造成严重的破坏，而且存在着很大的安全隐患，更不利于我国经济的发展。

我国的陆地面积比较大，而且地形也比较复杂，尤其是沿线地形起伏点多，为长距离输水工程的建设带来了困难。近些年来，水泵机组转动惯量减小，并不能满足工作的需要，在输水过程中，当发生停泵水锤时，往往会对整个泵系统造成影响，使得水压猛降，从而导致管路中水柱分离现象的产生，更严重的引起断流空腔再弥合水锤的产生。在输水工程建设中，对于长距离输水管道建设的要求是比较高的，一般这种管道系统比较复杂，而且压力较高，所以，对于长距离多起伏输水管道水锤防护工作的开展，需要结合各个方面进行，同时对输水管道采取综合防护。在目前长距离多起伏输水管道的建设中，忽略了地形差的不同，从而在水锤防护工作中存在一些缺陷。对于长距离多起伏输水管道水锤防护工作的研究具有很大的现实意义，所以，必须加强对其的重视。

3 长距离多起伏输水管道的水锤防护措施

在长距离的输水管道中，最易发生管路中水柱分离现象，从而对水锤造成严重的损坏。所以，在实际操作过程中，必须结合实际，制定科学合理的长距离多起伏输水管道的水锤防护措施，保证输水工作的正常进行。水锤防护大致分为四种类型，一是通过补水或缓冲的方式达到稳压的效果，从而对系统内的水锤压力可以进行合理的控制，避免由于真空而造成的压强过高现象。第二个是对阀门种类与关闭阀门时间长短的控制，阀门的关闭与开启过程都会对输水干管中流速的变化率造成影响，利用阀门种类与关闭时长就可以对水锤压力进行调节与控制。第三是当输水管中的压强增高时，容易对输水管道造成破坏，此时就可以通过泄水的方式，实现降压。第四是在较长的输水管中增设止回阀，也可以达到降压的效果。

3.1 调压塔

调压塔主要是通过补水的方式来达到稳压的效果。调压塔一般分为单向调压塔、双向调压塔。双向调压塔还有简单双向调压塔与箱式双向调压塔之分。

单向调压塔由水箱、止回阀、注水管和单向调压塔容器中充水的满水管组成，可以有效防止管路内水柱分离现象的产生，并且对断流弥合水锤也有一定的消减作用。单向调压塔在输水过程中是单向的，只允许塔中水流入主干管，而不允许其回流。单向调压塔的安装工作的进行，可以大大降低高度，而且对于水箱容积的要求也不高，在一定程度上可以节约安装成本。在单向调压塔的作用下，管道内处于负压时，可以保持注水的连续性，防止水柱拉断现象的产生。单向调压塔的设置受位置、容积、注水流量、水位标高等因素的影响，在实际的设置过程中，一定要注意这些影响因素的合理性，保证将其对单向调压塔功能的影响降到最低，使单向调压塔最大程度的发挥其作用，加强对长距离多起伏输水管道水锤的防护。在单向调压塔设置的过程中，还要重点注意环境问题，北方的冬季是比较寒冷的，要加强水箱的防冻工作，可以通过将水箱排空来减少寒冷环境对设备的损坏，造成经济损失，同时也影响工作的正常进行。

双向调压塔相较于单向调压塔，具有注水与泄水缓冲式的水锤防护设备，对输水管道水锤进行深层次的防护。当管道中的压力降低时，此时双向调压塔就会发挥注水功能，通过向管道补水来增高管道中的压力，防止由于真空等原因而造成的水柱分离现象。相对的，当管道内的压力升高时，双向调压塔可以通过泄水的方式，从而降低管道内的压力，起到缓冲水锤升压的作用。双向调压塔的结构是相对比较简单的，同时双向调压塔对于输水管道水锤防护工作的进行也比较可靠。但是，双向调压塔的建设成本比较高，建设工程难度也比较大，在实际操作中没有得到广泛应用。双向调压塔受位置、断面面积、高度、容量等因素的影响。在双向调压塔的建设过程中，要将其设置在可能产生负压的管道附近，并且还需要有足够的断面面积来保持塔内水位波动的稳定，降低水位波动所带来的影响。双向调压塔为了防止调压过程中溢流现象的产生，需要有足够的高度。为了在管内压强较低时，给水系统补水工作的正常的进行，需要在调压塔内有足够的容量，可以很好的限制空气所造成的影响。

相较于单向调压塔和简单双向调压塔，还有一种箱式双向调压塔，在箱式双向调压塔中有活塞，活塞对于管内压力的调节起了很大的作用。在箱式双向调压塔的工作过程中，首先需要进行压力的设计，当管道内产生水锤时，这时候管道内的压力会大于最大正常运行设计压力，此时在压力的作用下，活塞就会运动，从而实现对压力平衡的调节。而当管道压力正常时，此时活塞就会封住阀座从而不使管内水外流。箱式双向调压塔对于活塞的应用是比较灵活的，而且在调节上比较直接，对于管道内压力问题的出现，可以进行及时处理，而且在很大程度上也提高了输水运行的稳定性与安全性。箱式双向调压塔对于问题的解决比较灵活快捷，对长距离多起伏输水管道水锤防护工作的进行有很好的效果。为了使箱式双向调压塔有更好的输水管道水锤防护效果，可以结合系统水锤防护计算进行选用，并且也可以在箱式调压塔中附设特别注水箱，可以提高注水量，保证长距离输水工作的高效进行。

3.2 注排气阀

注排气阀是一种较为特殊阀门，一般装设在管线凸起部分，可以防止停泵水锤过程中产生负压。注排气阀有吸气与排气的功能，当管道内压力较低时，可以通过吸入空气来增大管道的压力，同时当管道内压力较高时，注排气阀可以通过排出空气来降低管道内的压力，需要注意的是这种注排气阀是不允许水泻入大气的。

注空气阀是注排气阀的一种，这种阀只允许空气的进入，不能实现空气的排出，对于吸入的空气会在管道内形成空气腔，可以对管内水锤升压起到缓冲和消减的作用，从而实现对管内压力的控制。但是这种注空气阀的工作模式，也会带来新的问题，对于这种注空气阀只吸入空气而没有排气功能，为后期多余空气的排放工作带来困难，在一定程度上增大了工作量，而且如果处理不当，也会造成水锤的损坏。

恒速缓冲排气阀是对浮筒与浮筒杆的灵活结合，浮筒与浮筒杆的工作受管道内压力大小的影响，并且浮筒杆对排气阀大排气口的启闭有着控制作用，当管内的压力大小变化时，大排气口的开启是随着压力的变化自动进行的，这种自动化的工作原理，为工作的进行带来了极大的便利，同时对于管内压力异常的问题可以及时得到解决，有效的保证了管道水锤的安全性，在一定程度上提高了输水效率。

在目前的市场上，浮球式排气阀的应用是比较广泛的，工作原理与其它的注排气阀相差不大，但是在性能方面有很大的提高，在输水管道内压力的调节方面有着重要的作用。但是，浮球式排气阀也存在着很多的不足，首先浮球是相对于比较轻的，而且输水管道的坡度并不大，当第一段的排气结束后，浮球就会被水托起，很难就行第二次排氣，从而使排气的进行并不连续。

3.3 超压泄压阀

当管道内水力瞬变时，此时就会造成管道内压力的变化，当管内的压力过高时，超压泄就会打开，发挥其泄压作用，降低管道内的压力，当管道内压力有效降低后并且恢复正常后，泄压阀会自动关闭，对于长距离多起伏输水管道水锤防护工作的进行起了很大的作用。

3.4 其他水锤防护措施

空气罐是一种有着一定量压缩空气的金属水罐装置，这种装置在输水管道水锤防护工作中的功能是有限的，一般不适用于大管径的管路，所以对空气罐的应用并不广泛。

在长距离的输水管道中，还可以将长距离的输水管道分为一小段一小段，并且在每一小段上增设止回阀。这种将长距离多起伏输水管道分为一小段的管道，可以消减每段管道的压力，从而降低对输水管道压力的影响，而且也在一定程度上对长距离多起伏输水管道水锤起到很好的防护作用。但是，这种多个止回阀的增设，增加了工作量，而且提高了供水的成本。而且对个环节，对每个工作系统，增加了正常运行时水泵电耗。

4 总结

随着社会的发展，人们生活水平的提高，对于水需求量的增大，促进了输水工程建设的发展。在输水工程建设中，最重要的就是长距离多起伏输水管道水锤防护工作。在实际的输水工作运行中，管道内的压力是受很多因素影响的，必须结合实际情况，对这些因素进行合理的分析，并且制定科学、合理的解决方案，同时也可以在建设中加入计算机技术，实现技术的综合发展与应用。长距离多起伏输水管道水锤防护工作的有效进行，提高输水工程建设的安全性，促进我国经济的发展。

参考文献：

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