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輸水管道工程水錘特點(diǎn)及防護(hù)

文檔作者：云華文檔來源：呼和浩特市同心德市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年04月29日
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l34 內(nèi)蒙古水利 2010年第5期(總第129期)
【節(jié)水及灌溉】
輸水管道工程水錘特點(diǎn)及防護(hù)
云 華
(呼和浩特市同心德市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010010)
(摘要] 文章分析了輸水管道水錘發(fā)生的原因及類型，并提出防護(hù)的具體措施。
[關(guān)鍵詞] 輸水管道；7g-~；防護(hù)
中圖分類號(hào)：TU 821 文章標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(guān)閉、水泵突然停車、驟然啟閉導(dǎo)葉
等原因，使流速發(fā)生突然變化，同時(shí)壓強(qiáng)產(chǎn)生大幅度波
動(dòng)的現(xiàn)象。長(zhǎng)距離輸水工程應(yīng)進(jìn)行必要的水錘分析計(jì)
算，并對(duì)管路系統(tǒng)采取水錘綜合防護(hù)計(jì)算，根據(jù)管道縱
向布置、管徑、設(shè)計(jì)水量、功能要求，確定空氣閥的數(shù)
量、型式、口徑。
1 水錘發(fā)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(zhuǎn)速、葉
片角度調(diào)節(jié)流量時(shí)；尤其在迅速操作、使水流速度發(fā)生
急劇變化的情況。
(2)事故停泵，即運(yùn)行中的水泵動(dòng)力突然中斷時(shí)
停泵。較多見的是配電系統(tǒng)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(xiàn)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(wěn)而破壞。
(2)水泵反轉(zhuǎn)速過高或與水泵機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速相
重合，以及突然停止反轉(zhuǎn)過程或電動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)，從而引
起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的永久變形，水泵機(jī)組的劇烈振動(dòng)和聯(lián)
結(jié)軸的斷裂。
(3)水泵倒流量過大，引起管網(wǎng)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(chǎn)生水錘的原因可分為：關(guān)(開)閥水錘、啟
泵水錘和停泵水錘；
(2)按產(chǎn)生水錘時(shí)管道水流狀態(tài)可分為：不出現(xiàn)
水柱中斷與出現(xiàn)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(yáng)程H 或水泵工作水頭Hn
稱正常水錘；后者當(dāng)水柱再彌合時(shí)，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(chǎn)生。
2 水錘的防護(hù)
2．i 沿線管道縱向設(shè)計(jì)的水錘防護(hù)
凡是以壓力方式輸水的管道就會(huì)發(fā)生水錘，長(zhǎng)距
離輸水工程中應(yīng)充分的認(rèn)識(shí)到水柱彌合水錘的危害。
在長(zhǎng)距離輸水管道中，流速變化是經(jīng)常出現(xiàn)的，管道中
水流速度變化時(shí)，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(shí)，水柱就被拉斷，出現(xiàn)斷流空
腔，在空腔處的水流彌合時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)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(shí)驗(yàn)裝置觀測(cè)到的競(jìng)達(dá)到工作壓力的2～4倍，
因此，其對(duì)輸水安全性的危害很大。
水在輸水管道運(yùn)行時(shí)，實(shí)際上是水氣兩相流。因
此，在長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)輸水管道的縱向
布置，分析研究計(jì)算可能出現(xiàn)的不同工況下水的流動(dòng)
狀態(tài)，選擇合適的位置(一般在每個(gè)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(shè)計(jì)時(shí)一般人為的把管線布置成隔一段有一個(gè)高點(diǎn)
(當(dāng)然坡度不能太大)，設(shè)置排氣閥，而且水平距段根
據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般在600～1 000 m設(shè)置1處。另外，排氣閥
的選擇也很重要，因?yàn)楣艿乐羞\(yùn)行時(shí)，水在管道中的狀
態(tài)很復(fù)雜。根據(jù)國外水錘研究者提供氣水兩相流可分
為六種流態(tài)，即層狀流、波狀層、段塞流、氣團(tuán)流、泡沫
流、環(huán)狀流，由于水流流態(tài)的復(fù)雜性，也就產(chǎn)生了排氣
的困難，因此除了確定排氣閥的合理數(shù)量，合適位置，
對(duì)排氣閥種類號(hào)I生能也應(yīng)充分重視。
長(zhǎng)距離輸水工程中在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，采用安全、合
理、經(jīng)濟(jì)的水錘防護(hù)措施，效果較好，但不能做到全部
去除，因此，在管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也應(yīng)有所考慮。
2．2 停泵水錘防護(hù)措施
由于停泵水錘可能導(dǎo)致泵站和輸水系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重
事故(如泵房?jī)?nèi)設(shè)備或管道破裂導(dǎo)致泵房淹沒，輸水
管破裂導(dǎo)致沿途房屋漬水)，因此，有必要根據(jù)具體情
內(nèi)蒙古河套灌區(qū)推廣節(jié)水灌溉的建議張弼強(qiáng)等 135
【節(jié)水及灌溉】
內(nèi)蒙古河套灌區(qū)推廣節(jié)水灌溉的建議
張弼強(qiáng) ，王文利
(1．內(nèi)蒙古河套灌區(qū)管理總局，內(nèi)蒙古臨河015000；2．巴彥淖爾市農(nóng)墾管理局，內(nèi)蒙古臨河015000)
[摘要] 通過對(duì)當(dāng)前國情的分析，并結(jié)合河套灌區(qū)的現(xiàn)狀及灌溉特點(diǎn)，從節(jié)水灌溉工程技術(shù)的角
度出發(fā)，闡述了河套灌區(qū)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的必要性，同時(shí)提出了適宜于灌區(qū)應(yīng)用和推廣的節(jié)水灌溉技
術(shù)。
[關(guān)鍵詞] 河套灌區(qū)；節(jié)水灌溉
中圖分類號(hào)：Tv 213．4 文章標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009—0088(2010)05—0135—03
0 前言
2010年春季，西南5省面臨世紀(jì)大旱，5 000多萬
同胞受災(zāi)。這場(chǎng)少見的世紀(jì)大旱使農(nóng)作物受災(zāi)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(tǒng)的缺水
區(qū)，但水資源利用率較低。旱情暴露出來的主要是“小
農(nóng)水”(小型農(nóng)田水利工程)的問題。中國西南正遭遇
一場(chǎng)百年難遇的大旱，旱情敲響了環(huán)保、節(jié)水的警鐘。
剛剛結(jié)束的全國“兩會(huì)”上，溫家寶總理的《政府
工作報(bào)告》提出，中國將以農(nóng)田水利為重點(diǎn)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)
基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快大中型灌區(qū)的配套改造，擴(kuò)大節(jié)水
灌溉面積，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，完成大中型和重點(diǎn)小型病
險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固任務(wù)。
目前，巴彥淖爾市各類工程蓄、引、提水總量達(dá)49．
192億m ，其中，農(nóng)業(yè)用水47．447億in ，約占用水總量
的96．5％。河套灌區(qū)總土地面積112．00萬hm ，現(xiàn)引
黃灌溉面積57．44萬hm ，其中節(jié)水灌溉面積達(dá)14．4O
萬hm ，占灌溉面積的25％，年節(jié)水1．333億in 。
河套灌區(qū)是我國及內(nèi)蒙古自治區(qū)重要的商品糧基
地之一，是巴彥淖爾市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的支柱。河套灌區(qū)是
沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)的地區(qū)，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)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(qū)的黃河水將由年5O億m 左右減少到4O億
rn ，而且，農(nóng)業(yè)用水占用水總量的比例較大，傳統(tǒng)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(yīng)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(huì)增大輸水管管徑，增加工程投資。
(2)輸水管線布置時(shí)應(yīng)考慮盡量避免出現(xiàn)很陡的
駝峰或坡度劇變。
(3)通過模擬，選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2較大的水泵機(jī)
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(shè)置水錘消除裝置：①調(diào)壓室：調(diào)壓室是一個(gè)
鋼制或鋼筋混凝土的水箱，壓力管道上的調(diào)壓室有單
向與雙向調(diào)壓室2種。②氣壓罐：國內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)水或吸收管路中的過高壓力，其作用與雙向調(diào)壓
塔類似。~zk錘消除器：水錘消除器能在無需阻止流
體流動(dòng)的情況下，有效地消除各類流體在傳輸系統(tǒng)可
能產(chǎn)生的水外錘和浪涌發(fā)生的不規(guī)則水擊波震蕩，從
而達(dá)到消除具有破壞性的沖擊波，起到保護(hù)之目的。
8O年代以前曾經(jīng)廣為采用。它安裝于止回閥附近，某
些水錘消除器無自動(dòng)復(fù)位功能，容易因誤操作導(dǎo)致發(fā)
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(jù)需要在一定范圍內(nèi)對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間進(jìn)
行調(diào)整。一般在停電后3～7 S內(nèi)閥門關(guān)閉70％ 一
80％，剩余20％ ～30％的關(guān)閉時(shí)間則根據(jù)水泵和管路
的情況調(diào)節(jié)，一般在lO～30 s范圍?？梢岳糜?jì)算機(jī)
模擬最佳時(shí)間，并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。值得注意的是，當(dāng)管
路中存在駝峰而發(fā)生彌合水錘時(shí)，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(jiǎn)介：云華(1972一)，蒙古族，工程師，現(xiàn)從事城市給
排水設(shè)計(jì)工作。

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