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輸水管道工程水錘特點及防護

文檔作者：云華文檔來源：呼和浩特市同心德市政工程設計研究有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年04月29日
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l34 內蒙古水利 2010年第5期(總第129期)
【節水及灌溉】
輸水管道工程水錘特點及防護
云 華
(呼和浩特市同心德市政工程設計研究有限公司，內蒙古呼和浩特010010)
(摘要] 文章分析了輸水管道水錘發生的原因及類型，并提出防護的具體措施。
[關鍵詞] 輸水管道；7g-~；防護
中圖分類號：TU 821 文章標識碼：B 文章編號：1009—0088(2010)05—0134—01
水錘又稱水擊。水(或其他液體)輸送過程中，由
于閥門突然開啟或關閉、水泵突然停車、驟然啟閉導葉
等原因，使流速發生突然變化，同時壓強產生大幅度波
動的現象。長距離輸水工程應進行必要的水錘分析計
算，并對管路系統采取水錘綜合防護計算，根據管道縱
向布置、管徑、設計水量、功能要求，確定空氣閥的數
量、型式、口徑。
1 水錘發生的原因與分類
1．1 引起水錘過程的原因
(1)啟泵、停泵、用啟閉閥門或改變水泵轉速、葉
片角度調節流量時；尤其在迅速操作、使水流速度發生
急劇變化的情況。
(2)事故停泵，即運行中的水泵動力突然中斷時
停泵。較多見的是配電系統故障、誤操作、雷擊等情況
下的突然停泵。
1．2 水錘破壞主要的表現形式
(1)水錘壓力過高，引起水泵、閥門和管道破壞；
或水錘壓力過低，管道因失穩而破壞。
(2)水泵反轉速過高或與水泵機組的臨界轉速相
重合，以及突然停止反轉過程或電動機再啟動，從而引
起電動機轉子的永久變形，水泵機組的劇烈振動和聯
結軸的斷裂。
(3)水泵倒流量過大，引起管網壓力下降，水量減
小，影響正常供水。
1．3 水錘的分類與判別
(1)按產生水錘的原因可分為：關(開)閥水錘、啟
泵水錘和停泵水錘；
(2)按產生水錘時管道水流狀態可分為：不出現
水柱中斷與出現水柱中斷兩類。前者水錘壓力上升值
△H通常不大于水泵額定揚程H 或水泵工作水頭Hn
稱正常水錘；后者當水柱再彌合時，水錘壓力上升值較
高，常大于H 或H。，是引起水錘事故的重要原因，故
稱非常水錘。所謂水柱中斷，就是在水錘過程中，由于
管道某處壓力低于水的汽化壓力而產生。
2 水錘的防護
2．i 沿線管道縱向設計的水錘防護
凡是以壓力方式輸水的管道就會發生水錘，長距
離輸水工程中應充分的認識到水柱彌合水錘的危害。
在長距離輸水管道中，流速變化是經常出現的，管道中
水流速度變化時，致使管道中水壓力的升高或降低，在
壓力低于水的氣化壓力時，水柱就被拉斷，出現斷流空
腔，在空腔處的水流彌合時將產生強烈的撞擊，管道中
的水升壓，則就形成斷流彌合水錘，彌合水錘升值很
大，在實驗裝置觀測到的競達到工作壓力的2～4倍，
因此，其對輸水安全性的危害很大。
水在輸水管道運行時，實際上是水氣兩相流。因
此，在長距離輸水管道設計時，應依據輸水管道的縱向
布置，分析研究計算可能出現的不同工況下水的流動
狀態，選擇合適的位置(一般在每個較緩的駝峰處)布
置排氣閥。在管線的水平段，排氣的問題更突出，因此
在設計時一般人為的把管線布置成隔一段有一個高點
(當然坡度不能太大)，設置排氣閥，而且水平距段根
據經驗一般在600～1 000 m設置1處。另外，排氣閥
的選擇也很重要，因為管道中運行時，水在管道中的狀
態很復雜。根據國外水錘研究者提供氣水兩相流可分
為六種流態，即層狀流、波狀層、段塞流、氣團流、泡沫
流、環狀流，由于水流流態的復雜性，也就產生了排氣
的困難，因此除了確定排氣閥的合理數量，合適位置，
對排氣閥種類號I生能也應充分重視。
長距離輸水工程中在工藝設計時，采用安全、合
理、經濟的水錘防護措施，效果較好，但不能做到全部
去除，因此，在管道的結構設計中也應有所考慮。
2．2 停泵水錘防護措施
由于停泵水錘可能導致泵站和輸水系統發生嚴重
事故(如泵房內設備或管道破裂導致泵房淹沒，輸水
管破裂導致沿途房屋漬水)，因此，有必要根據具體情
內蒙古河套灌區推廣節水灌溉的建議張弼強等 135
【節水及灌溉】
內蒙古河套灌區推廣節水灌溉的建議
張弼強 ，王文利
(1．內蒙古河套灌區管理總局，內蒙古臨河015000；2．巴彥淖爾市農墾管理局，內蒙古臨河015000)
[摘要] 通過對當前國情的分析，并結合河套灌區的現狀及灌溉特點，從節水灌溉工程技術的角
度出發，闡述了河套灌區發展節水農業的必要性，同時提出了適宜于灌區應用和推廣的節水灌溉技
術。
[關鍵詞] 河套灌區；節水灌溉
中圖分類號：Tv 213．4 文章標識碼：B 文章編號：1009—0088(2010)05—0135—03
0 前言
2010年春季，西南5省面臨世紀大旱，5 000多萬
同胞受災。這場少見的世紀大旱使農作物受災面積近
500萬hm ，其中40萬hm 良田顆粒無收，2 000萬同
胞面臨無水可飲的絕境。云南、貴州不是傳統的缺水
區，但水資源利用率較低。旱情暴露出來的主要是“小
農水”(小型農田水利工程)的問題。中國西南正遭遇
一場百年難遇的大旱，旱情敲響了環保、節水的警鐘。
剛剛結束的全國“兩會”上，溫家寶總理的《政府
工作報告》提出，中國將以農田水利為重點，加強農業
基礎設施建設，加快大中型灌區的配套改造，擴大節水
灌溉面積，建設高標準農田，完成大中型和重點小型病
險水庫除險加固任務。
目前，巴彥淖爾市各類工程蓄、引、提水總量達49．
192億m ，其中，農業用水47．447億in ，約占用水總量
的96．5％。河套灌區總土地面積112．00萬hm ，現引
黃灌溉面積57．44萬hm ，其中節水灌溉面積達14．4O
萬hm ，占灌溉面積的25％，年節水1．333億in 。
河套灌區是我國及內蒙古自治區重要的商品糧基
地之一，是巴彥淖爾市農業經濟的支柱。河套灌區是
沒有灌溉就沒有農業的地區，灌區農業生產的發展得
益于引黃灌溉。目前，黃河水資源13趨緊缺，分配給河
套灌區的黃河水將由年5O億m 左右減少到4O億
rn ，而且，農業用水占用水總量的比例較大，傳統的灌
溉方式，使水的利用率僅在0．4左右，客觀上加劇了水
況采取相應的措施來消除停泵水錘或消減水錘壓力。
(1)降低輸水管線的流速，可在一定程度上降低
水錘壓力，但會增大輸水管管徑，增加工程投資。
(2)輸水管線布置時應考慮盡量避免出現很陡的
駝峰或坡度劇變。
(3)通過模擬，選用轉動慣量GD2較大的水泵機
組或加裝有足夠慣性的飛輪，可在一定程度上降低水
錘值。
(4)設置水錘消除裝置：①調壓室：調壓室是一個
鋼制或鋼筋混凝土的水箱，壓力管道上的調壓室有單
向與雙向調壓室2種。②氣壓罐：國內使用經驗不多，
在國外(英國)使用較廣泛。它利用氣體體積與壓力
的特定定律工作。隨著管路中韻壓力變化氣壓罐向管
道補水或吸收管路中的過高壓力，其作用與雙向調壓
塔類似。~zk錘消除器：水錘消除器能在無需阻止流
體流動的情況下，有效地消除各類流體在傳輸系統可
能產生的水外錘和浪涌發生的不規則水擊波震蕩，從
而達到消除具有破壞性的沖擊波，起到保護之目的。
8O年代以前曾經廣為采用。它安裝于止回閥附近，某
些水錘消除器無自動復位功能，容易因誤操作導致發
生水錘。④緩閉止回閥：有重錘式和蓄能式兩種。這
種閥門可以根據需要在一定范圍內對閥門關閉時間進
行調整。一般在停電后3～7 S內閥門關閉70％ 一
80％，剩余20％ ～30％的關閉時間則根據水泵和管路
的情況調節，一般在lO～30 s范圍。可以利用計算機
模擬最佳時間，并現場調試確定。值得注意的是，當管
路中存在駝峰而發生彌合水錘時，緩閉止回閥的作用
就十分有限。 (編校：郭寶麗)
收稿日期：2010—07—31
作者簡介：云華(1972一)，蒙古族，工程師，現從事城市給
排水設計工作。

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