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长距离输水管道水锤过程预测及防护

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管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议

管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议

管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议摘要：本文以长距离输水管线为研究对象，建立水力分析模型，对不同运行工况下停泵水力过渡过程进行分析研究。

主要分析无防护措施停泵水锤水力模型及为消除或减小该现象而采取防护措施后的水锤水力模型。

通过对关阀时间、排气阀，水泵惯量等各种变化工况进行模拟停泵水锤分析，结果表明排气阀可以有效的降低管道负压，关阀时间和水泵惯量对管道正压有调节作用但是对管道负压的调节作用很小。

该模拟分析结果可以缩短泵站和输水管线的设计时间，优化供水工程的投资建设，为泵站和长距离输水管线的安全运行和优化设计提供技术依据。

关键词长距离输水停泵水锤模拟分析防护措施1 引言水锤分析是基于一种水中压力波传导理论的非稳态瞬变流分析技术，对于各种管路系统在水流突变状况下的安全防护具有重要意义。

对于静扬程高、距离长、管道起伏频繁、流速大的长距离输水管线系统而言，在突然停泵、启泵、关阀、开阀等过程中，由于操作不当、防护设施配置不合理或失效等原因引起管路中水流的瞬间急剧变化。

因为管道较长，管线前面的水流速度还是正常的供水流速，而水泵处的水流速度会减小直至为零，因此管线中的水柱会被拉断，产生真空负压；当管道中水柱流速下降，会在自身的重力和负压吸引力的双重作用下产生水柱撞击，形成水锤。

当这种局部压力骤升或突降超过管材、阀门、水泵等设施的承受能力时，就会造成管道爆裂、变形、水泵电机损坏等灾难性事故。

因此，对于长距离输水管线要求必须进行水锤计算分析。

当前，随着水资源短缺和地域分布不均加剧，长距离输水项目建设日益增多，且大多具有距离长、口径大的特点，随着输水距离的增大，沿途地形、地质等也呈日益复杂化趋势。

通过计算机模拟不同工况条件下的的管道压力变化，针对模拟分析结果采取相应的防护措施，确保了供水系统的安全稳定运行。

本文依托某电厂的用水管线，模拟分析了排气阀的设置，水泵的关阀时间，水泵惯量及液压气动罐位置对管线瞬变流动压力波的影响。

长距离输水管线水锤防护措施技术探讨

长距离输水管线水锤防护措施技术探讨

长距离输水管线水锤防护措施技术探讨摘要：长距离输水管线中水锤防护具有重要的意义，本文介绍了几种常见水锤防护措施，并以张家口云州水库调水工程为例，着重介绍缓冲排气阀和箱式双向调压塔在工程的作用。

关键词：长距离，水锤防护，缓冲排气阀，双向调压塔Abstract: the long distance delivery pipe line water hammer protection has an important meaning, this paper introduces several common water hammer protection measures, and with zhang cloud state water transfer project reservoir as an example, this paper introduces buffer exhaust valve and box pressure regulating tower in the project of the two-way role.Keywords: long distance, water hammer protection, buffer exhaust valve, the double pressure regulating tower1、引言我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。

有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。

新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。

已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。

在长距离输水工程中，对泵供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。

水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。

长距离输水工程水锤防护分析和工程实践

长距离输水工程水锤防护分析和工程实践

长距离输水工程水锤防护分析和工程实践摘要：长距离输水管道工程，因其地势高差起伏较大，扬程较高，易发生水柱分离并造成水锤危害。

因此长距离输水管道工程的设计重点之一就是水锤防护的研究和安全防护。

本文结合工程实例对水锤防护问题进行探讨和分析。

寻找进行优化防护设计及最优方案。

关键词：高位水池；断流弥合水锤；水锤防护；箱式调压塔；恒速缓冲排气阀Abstract: the amount of transporting water pipeline engineering, because of its relief and bigger difference, where the head high, easy to have the separation and the water caused by water hammer hazards. So long water pipe of engineering design is one of the key water hammer protection of research and safety protection. Combining with the project examples of water hammer protection problems are discussed and analyzed. Looking for optimization protection design and the best plan.Keywords: high pools; To flow to bridge the water hammer; Water hammer protection; Box pressure regulating tower; Constant speed buffer discharge valve1、前言随着经济建设的发展，水资源的日益短缺，为了解决生活和工业用水的水源问题，近年来高扬程、大流量、长距离地形复杂的输水管线工程实例日益增多。

水锤产生的原因危害及预防措施

水锤产生的原因危害及预防措施

水锤产生的原因危害及预防措施谈水锤产生原因、危害和预防措施水锤产生原因、我公司施工的绿城千岛湖度假公寓1#楼工程，空调管道中连接风机盘管的不锈钢软接出现多处断裂，造成吊顶泡水的严重后果。

另外杭州金沙港旅游文化村度假用房某楼也发生了给水铜管管件断裂的事故，同样造成了吊顶泡水的严重后果。

这二起事故都造成较大经济损和负面影响，经现场踏勘和相关情况的了解分析，造成这二起事故的原因为“水锤”。

先说说什么叫水锤、产生水锤的原因及其危害：水锤是在突然停泵或者在阀门关闭或打开太快时,由于压力水流的惯性,产生的水流冲击波,由于象锤子敲打一样,所以叫水锤。

水锤产生的原因是：1、阀门突然开启或关闭。

由于管道内壁光滑，水流动自如，当阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力，后续水流在惯性的作用下，使压力迅速达到最大，并产生破坏作用，这是正水锤。

相反，关闭的阀门在突然打开时，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。

2、水泵突然停止或开启。

水泵起动时，在不到1s的时间内，即可从静止状态加速到额定转速，管道内的流量则从零增加到额定流量。

由于流体具有动量和一定程度的可压缩性，所以，流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击，以及出现“空化”现象；水泵停止时，管道中的水靠惯性以逐渐减慢的速度继续向用水点流动，然后流速降到零，管道中的水在重力水头作用下，又开始向水泵倒流，速度由零逐渐增大。

由于管道中水的流速变化，从而引起水锤的发生。

3、管道中存在空气。

空气柱在突然降压或升压时会膨胀或压缩推动水柱运动，这样气推水、水推气，形成水锤。

另外管道向高处输水（高差超过20米）；水泵总扬程（或工作压力）大；输水管道中水流速度过大；输水管道过长，且地形变化大也是产生水锤的原因。

水锤引起的压强升高，可达管道正常工作压强的几倍，甚至几十倍。

这种大幅度的压强波动，造成的危害有：1、引起管道强烈振动，产生锤击般噪声，管道接头断开，破坏阀门，严重的造成管道爆裂。

长距离输水管道水锤现场测试及防止措施探讨

长距离输水管道水锤现场测试及防止措施探讨

续发生了 ３ 次管道爆管事故 ，对临桂新 区的供水造
成 了 较 大 影 响。 事 故 地 点 均 位 于金 水 路 段 保 留 的 Ｄ Ｎ ５ ０ ０砼 管 道 ，集 中在 临桂 加压 站 清 水 池调 节 阀前 端 ８ ０ ０米 范 围 。 分析爆 管原 因，由于 ２ ０ １ ０年 机 场 路 管 道 改 造 前 没 有 发 生 这种 连 续 爆管 的现 象 ，是 否 与 改 造后 金 水 路 段 管 道 流量 增 加 有关 ？是 否 与 临桂 加 压 站 清水 池 进 水 阀 门开启 度 的调节 （目的 是调 节 加 压 站清 水 池进 水 流量 ，采 用 电动 蝶 阀调 节 ）对 管 道 产 生 了水 锤 效应 ，造 成 压强 骤 升诱 发爆 管 有 关 ？为 找 出爆 管 真 正原 因 ，桂林 市 自来 水公 司组 织 人员 对 输 水 管 道 系统进 行 了水 锤 现 场测 试 和分 析 工 作 ，以便 进 一 步 研 究 长距 离 输 水 管 道 系统 中水 锤 发 生 的原 因 、危 害
群
ＣＩＴＹＡ ＮＤ ＴＯ Ｗ Ｎ ＷＡ Ｔ ＥＲ ＳＵＰＰＬＹ
・
研 究与探讨 ・
长距离输水管道 水锤现场测试 及防止措施探讨
叶青旺 张莉晖
（ 桂林市 自来水公司 ，广西桂林 ５ ４ １ ０ ０ ２ ）
摘 要 ：本 文 以 临桂 新 区长距 离输 水 管道 为例 ，进 行 了管 道 阀 门启 闭 引起 的水 锤 效 应现 场 测 试 分析 。根 据 测试 数 据 结 果 采取 相 应 的措 施 来避 免 和 减 小 水锤 的 危 害 ，这 些 防 护措 施 不仅 在 临桂 新 区长距 离输 水 管 线
展现。
试点 具 体位 置 如 图 ２）

长距离压力输水管道水锤防护技术研究

长距离压力输水管道水锤防护技术研究
第43卷Exwny and Exvimumentai Protection
VoU43 Na.6 Jun. 2021
长距离压力输水管道水锤防护技术研究
董茹2张伟东2,闫朝5
(2榆林学院建筑工程学院，陕西榆林 717002； 0.中煤陕西榆林能源化工有限公司公用工程中心，陕西榆林 717002； 3.榆林市水利工程建设中心，陕西榆林717002)
文献标志码:A
文章编号：223 - 2506(2201)26 - 0250 - 26
Research on water hammer pratection technology for long distance pressure water pineline
Dony Ru0 ‘Zhang Weidonv2 , Ynx Chaa5
模型都仅适合应用于无断流的情况。 而当出现多处
断流水锤时，断流弥合水锤计算模型更具有效的实
用性。因此，本文将选用断流弥合水锤计算模型对
断流弥合水锤问题进行计算。
首先根据弹性水锤理论，以2种方式进行表达:
(1运动方程为：
fH + x dV + Z dV vf VI VI _6
⑴
dx g dx g dx D 2g
的计算模型有3种:①无断流弥合水锤的计算模型。 这种计算模型在水力过渡的过程中，并不将水柱的
中断问题纳入模型计算范围。②定点断流弥合水锤
计算模型。这种计算模型在实际应用过程中，需预
先指定出断流弥合所出现的位置。③断流弥合水锤
计算模型［］。该计算模型在对断流弥合水锤的断
流边界进行处理时,不会受到水锤发生位置的限制O 由此看出,在以上3种断流弥合水锤计算模型中，无 断流弥合水锤的计算模型与定点断流弥合水锤计算

浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计

浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计摘要：长距离输水工程管线长，管道起伏大，输水安全性要求高，而水锤是影响长距离压力输水工程运行的一个重要因素，根据调查统计，在城市给水阀门和工业企业的给水泵站中，绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。

本文本工程在对压力系统水锤分析时只对停泵水锤进行分析并提出防护设计措施。

关键词：长距离压力输水管道；停泵水锤；防护设计1、工程概况本长距离输水工程，设计流量：20万m3/d（考虑5%的沿程漏损和水厂自用水后为21万m3/d），从取水泵房至水厂主要采用焊接钢管，双管并联，单线长6.2km，管径为DN1200，壁厚10mm；取水泵房设计地面38.5m，泵进口约37.15米，原水引水管余压约2.5-5m。

水厂设计地面标高97.5m，配水井水位标高101.3m，原水进水余压1.0m。

2、模型建立2.1应用软件简介。

本工程水锤分析软件采用奔特力-海思德软件公司的HAMMER软件，该软件将水锤效应（waterhammer）的复杂原理结合成为简单易用的工程工具，建模以节点和管段的稳态计算结果为基础，协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。

2.2建模数据。

水泵参数：4台水泵并联工作，3用1备。

其中PMP-1及PMP-2水泵Q=2188m3/h、H=63m，电机功率560kW。

PMP-3及PMP-4水泵Q=4375m3/h、H=63m，电机功率1000kW。

PMP-4为备用泵。

根据取水泵房内远期水泵配置和原水压力管道平面方案布置图及简化的纵断面图，建立水锤计算模型。

示意如下：由上图可知，管线稳态运行时泵后压力最大为70m，管道沿线各节点压力在70m水头范围内，而设计中要求原水输水管的安全可靠性较高，设计泵站后管道采用D1220X10钢管，管线在远期21万m3/d设计流量时可以保证在流量恒定的前提下安全运行，危及管线系统安全的潜在因素是由于事故停泵而引起的停泵水锤，这也是本设计关注的重点。

长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术


护措施，其做法见表２。 ３．２．３管道受到杂散电流干扰时，应研究安全保护措施 埋设ＰＣＣＰ附近有电气化铁路、高压输电线路、电解工 厂等时应考虑外来直流电流引起的电化学腐蚀。ＰＣＣＰ外 层采用了保护层的管段，保护层增加管道绝缘电阻，可有力 抵制外部流失的电流流入管道产生电化学腐蚀，如果安装电 流连接装置仍能监测到杂散电流时，应采取阴极保护措施。 ＰＯＣＰ的阴极保护机理与钢管不同，若阴极保护不当， 会使管道的预应力钢丝发生氢脆性破坏，加速ＰＣｃＰ的腐蚀 破坏，起到适得其反的负作用。 美国《预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》（ＮＡｃＥＲ Ｐ＿一 ０１００一２００４）标准和ＡＷｗＡ《混凝土压力管手册》Ｍ９规定 下述两项准则有效且安全，已普遍被国内外采用。 （１）阴极极化值至少１００ ｍＶ准则：Ｐ（、ＣＰ中被保护的 预应力钢丝应至少阴极极化１００
水溶性硫酸盐含量 ＞５ ０００ｍｇ／Ｌ环境下
二氧 化碳 强酸 条件
水和土壤中侵蚀性 Ｃ０２含量高时 环境为粘性土，ｐＨ＜４时
管道外层砂浆采用隔离层保护 环境为砂性土，ｐＨ＜５时
ＳＩ／ＡｗＷＡ Ｃ３０４与ＣＥＣｓ：２０１１两种规范，管道结构计算成
果经过第三方有设计资质单位验算，证明了上述结论的可 靠性。
Ｐ（、ＣＰ设计、制造验收标准的采用 我国在２０世纪８０年代中期由美国引进Ｐ（、ＣＰ制管技
术和设备，设计采用《预应力钢筒混凝土压力管设计标准》
（ＡＮｓＩ／ＡＷＷＡＣ３０４），产品采用《预应力钢筒混凝土压力
管》（悯／趟ｖｖ吸Ｃ３０１）标准制造。２００２年国内制定中国工程
建设标准化协会标准《给水排水埋地管芯缠丝预应力混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＢ筠１４０：２００２）， 又在２０１１年修定为《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预 应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》（ＣＢＣＳ １４０：２０１１）。另

长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术

４．３水锤防护措施
４．３．１ ｍｉｎ。
在水泵启动时能够先慢后快地自行开启，事故停泵时又能自 动快速地关至某一设定角度，余下的角度则以相当慢的速度 关闭。无论在正常启闭水泵过程，或在突然断电后的水力过 渡过程中，既能消除水锤危害，又不出现大量的水倒流使机 泵长时间反转。 （３）空气罐。空气罐是内部充有一定压缩气体的金属 罐。新型空气罐内设有橡胶囊，囊内装气体，气体与水隔离。 空气罐一般安装在泵站出口管路上，在管道发生水锤管路压 力升高时，气囊内气体继续被压缩，起到气垫缓冲作用；当管 道内出现压力骤降时，甚至发生水柱分离，囊内压缩空气快 速膨胀向管路注水，有效消除水锤危害。 （４）水锤泄放阀、水锤预防阀。水锤泄放阀是水力式自 动控制阀，当管道水锤压力超过预先设定值时，它将迅速开 启泄压，当管道压力降到低于设定值后，它又以可调速度缓 慢关闭，不会产生二次水锤危害。水锤泄放阀设置在管路易 发生水锤的位置。 水锤预防阀是用现代电子技术和压力传感器代替了水 力式低压导阀，它感应第一个水锤低压波，在高压波来临之 前阀门即开启，提前预防高压波对管道和设备的破坏。水锤 预防阀比水锤泄放阀具有更高的防护等级和更灵活控制方 式，适用于对水锤防护要求非常严格的工程。 （５）空气阀。低压进排气阀、高压微量排气阀、真空破 坏阀是空气阀的三种基本形式，对其改造和组合可形成更多 的种类。消减长输管道断流弥合水锤危害可采用三级排气 防水锤空气阀和进气微排空气阀。 三级排气防水锤空气阀是对低压进排气部分的改进，在 低压排气阀内增设限流盘，将低压排气过程分成低压差时全 速排气，较高压差对限流盘起动后减少了排气面积，限制排 气速度，也就消减水柱弥合冲击量。进气微排空气阀是利用 真空破坏阀自动吸气原理，管道出现负压时可自动高速吸气 破坏真空，水柱弥合时大孔口自动关闭，限制高速排气，也就 降低了水柱断流弥合撞击，消减水锤压力，残留管道内少量 空气通过旁通管上微量排气孔排出。 消减管道水锤的防护设备很多，尚有安全泄压多功能 阀、水锤消除器、缓闭止回阀等等。 水锤危害很大，是引发长输管道事故的最重要因素，应 认真分析研究长输管道系统水力过渡过程，采取经济可靠的 防护技术，复杂重要的工程应采取多级综合防护措施，以保 证管道安全运行。 ５管道系统功能性试验 《城镇给水排水技术规范》（ＧＢ ５０７８８—２０１２）强制规定 “压力管道竣工验收前应进行水压试验。生活饮用水管道运 行前应冲洗、消毒。” （下转第２２页）

长距离供水管线水锤防护措施

长距离供水管线水锤防护措施摘要：水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失.长距离有压输水管道易发生水锤危害，尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤的可能性最大。

由于长距离输水工程管线长，管道起伏大，要求输水保证率高，因此工程的安全运行问题越来越受到科研、设计、施工及运行管理人员的重视。

本文结合水锤特征，根据长距离输水管道系统的特点，提出有效的水锤防护措施。

关键词：长距离；输水系统；水锤防护我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。

有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。

新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。

已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。

在长距离输水工程中，对加压供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。

水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。

由于泵站工程在国民经济建设中作用重大，其安全经济运行也备受人们重视。

1 水锤定义及特性1.1 水锤定义在有压管路中流动的液体，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵或水轮机组突然停车等）使得液体流速发生突然变化，并由于液体的惯性作用，引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水锤。

1.2 水锤特性水锤实际上是由于水流速度变化而产生的惯性力。

当突然启闭阀门时，由于启闭时间短、流量变化快，因而水击压力往往较大，而且整个变化过程是较快的。

由于管壁具有弹性和水体的可压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。

水击波传播过程中，在外部条件发生变化处均要发生波的反射。

发射特性决定于边界处的物理特性。

2 长距离供水管线水锤防护的必要性2.1 水锤产生原因水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样。

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在火力发电厂补给水系统中， 当水源远离循环 水泵站时， 必须采用长距离输水管道系统。在这类 系统中， 随着地形的跌宕起伏， 特别是当管道与其 它建设物交叉或需要穿越时， 往往容易形成局部凸 起。 因此， 一旦系统中发生事故停泵， 停泵初期的降 压水锤波首先在这些局部地形点产生水体汽化， 导 致水柱分离。当这种分离的水柱重新弥合时， 其形 成的撞击水锤将会导致异常的压力升高从而招致 管道的破坏。因此， 在长距离电厂补给水工程中发 生爆管事故的现象时有发生。 针对上述管道输水工程中存在的问题， 文章在 对事故停泵水力过渡过程理论和计算方法深入探 讨的基础上， 提出长距离输水管道中事故停泵水锤 计算的数学模型， 并以具体工程为对象， 进行事故 停泵水力过渡过程的数值模拟与预测。同时， 通过 建立空气罐复杂边界条件的数学模型并求解， 对这 一水锤防护措施的水锤防护特性进行分析。 式中 —— , .、 C.—管道内点的瞬态压力和流量； —— D—管道特性常数， DN$ O -E ； —— $—水锤波传播速度； —— -—重力加速度； —— E —管道截面面积； &F、 &.——由前一时段计算得到的已知常数。 在水柱分离过程中，水体汽化形成汽穴空腔， 计算载面作为特殊边界进行处理。 作为水锤防护设 计中的一个十分重要的参量，气穴空腔的体职 由下式计算： “水柱分离及再弥合” 现象， 从而破坏非恒定流动的 连续性。因此， 采用带水柱分离的特征线法进行求 解， 即在水柱分离产生之前和水柱再弥合之后管内 流动为连续非恒定流， 其特征线方程为：
!*&力》 期刊是国家电力公司华中公司主办的电力科技刊物， 办刊方针是宣传国家发展 电力工业的技术方针、 政策， 交流华中四省电力生产、 建设、 科研、 设计等方面的新成果、 新工艺、 新材料、 新设备， 介绍国内外电力工业发展的动态趋势等， 以推动和提高华中地区电力行业的技 术水平和管理水平， 可供电力行业的广大科技和管理人员使用。 双月刊， 国内外公开发行， 每期定价 4 元， 全年 %4 元 （含邮资） ， 本刊为大 !4 开本， #$$! 年 期刊征订工作现已开始办理。 订阅者请与 《华中电力》 编辑部联系， 以便把征订单给您寄去， 欢迎广大科技工作者订阅。 编辑部地址： 湖北武汉东湖梨园国家电力公司华中公司 《华中电力》 编辑部 联系电话： （$#5） +454#6+* 邮编： "%$$55
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空气罐水锤防护研究
带空气罐的水泵边界条件 空气罐是一个上部为压缩空气， 下部为水体的
压力容器。一旦事故停泵， 在管道中压力降低时的 第一阶段， 罐内空气迅速膨胀， 下层水体在空气压 力作用下迅速补充给主管道， 防止水柱分离。当压 力回复之后， 管道中的水锤压力由于有压水通过连 接管进入空气罐而释放。 因此若管道系统需要同时 进行正水锤和负水锤的防护时， 采用空气罐是一种 安全可靠水锤的防护措施。
收稿日期： #$$$ 1 $L 1 #’ 作者简介： 刘时芳 （!/-’M ） ， 女， 湖北仙桃人， 工程师，
!,GH6ID%CGMC* %&* —— CG， C—计算时段 !( 内平衡流入和流出
水柱分离产生载面的流量。
M #! M
!""# 年第 # 期
华 中 电 力
体积；
第 #$ 卷 —— !"、 !—计算时段 &/ 开始和末了的空气 —— 0—气体的可逆多变指数， 0*#3"4#3$； —— )—空气罐中初始空气绝对压力与体积的 乘积；
/,1 水泵出口压力变化过程
/H1 沿管道压力包络线
图!
无空气罐时事故停泵水力过渡过程
8 !! 8
第 !" 卷
长距离输水管道水锤过程预测及防护
#$$! 年第 ! 期
由于其事故停泵后的最大水锤压力主要是分 离后的水柱撞击引起的， 对本系统的水锤防护应以 防止负压的产生为主。 图 % 为泵出口采用空气罐以 后的事故停泵水力过渡过程， 从中可以看出， 由于 空气罐的补给作用， 管中的负压已被控制在水体汽 化压力以上， 从而破坏了水柱分离及再弥合现象产 生的条件。通过空气罐的补给和吸收作用， 管中最 大水锤压力控制在管道承压允许的范围之内。 上述 计算结果表明， 采用空气罐可以有效地解决该管道 系统中的水锤问题。
建立了复杂泵系统水锤计算及空气罐边界条件的 数学模型， 并以实际工程为对象， 对空气罐作为防 护手段的水锤防护效果进行研究。计算结果表明， 采用空气罐对输水系统进行防护， 可以有效地避免 管线中水柱分离的产生， 从而将最高水锤压力限制 在管道允许的承压能力以内。
&%’ 建立的模型和所得的结果可广泛应用于其
图#
带空气罐的水泵边界条件示意图
特征线法进行事故停泵水锤的计算机模拟，结果如 图 ! 所示。 从图中可以看出， 由于水泵转速的迅速降 低， 在事故停泵以后很短的时间内， 管中水体压力降 低到其相应的汽化压力而产生了水柱分离。在约 $= < 时， 这种分离的水柱重新弥合， 所产生的最大撞击水 锤压力达 #3G EF,， 远远超过了管道允许的承受能力。
如图 # 所示的泵系统， 当空气罐布置在水泵出 口且两者之间的管道长度可以忽略时， 它可与水泵 及其出口阀构成一个完整的边界条件进行求解， 其 数学模型可由水头平衡方程、 气体等熵绝热条件及 管道的相容性方程建立如下：
式中
—— !"# —进水池水位； —— $ %， &%—水泵额定扬程和额定流量； —— !， "—水泵无量纲转速和流量； —— ’—水泵 %&’() 全特性曲线横坐标； ’*#+,)-’,./! 0 "1； ( "2( #2)"2)#——水泵全特性曲线的插值系数； —— $ *—绝对大气压力； —— $ + "—稳定运行时水泵出口阀的水头损失； —— $—阀门无量纲开度系数； —— &,、 &,-—时段初和时段末空气罐向管道补 给水体的流量； —— %—连接管的阻力损失系数； —— ( -—该管的长度； —— .—空气罐中水面高程；
它工农业供水、 城镇给排水等管道输水系统， 对提 高管道工程的安全可靠性及运行稳定性具有重要 的意义。
参考文献： 刘梅清 ( 多泵并串联复杂泵系统水锤分析 ［! ］ 刘光临， 及其控制 ［) ］ ( 农业机械学报， !**+(* ， ,-.(#*&%’( ［# ］ 刘竹溪， 刘光临 ( 泵站水锤及其防护 ［/ ］ 水 ( 北京： 利电力出版社， !*++( ［% ］ 0(1( 怀利， 2(3( 斯特里特 ( 清华大学流体传动与控 水利电力出版社， 制教研室译瞬间流 ［/ ］ ( 北京：
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结论及建议
伴随事故停泵 &!’ 在长距离管道输水工程中，
所产生的最大水锤压力是由于管道中出现的水柱 分离及再弥合产生的撞击水锤。 因此对这类管道系 统的水锤防护应以防负水锤为主， 尤其是管道中存 在局部凸起时更应给予足够的重视， 否则可能导致 水锤爆管事故的发生。
&#’ 针对长距离管道系统中存在的水锤问题，
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事故停泵水锤预测的数学模型
事故停泵水锤的数学基础是描述管道内瞬变
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所形成的压力升高 !, 为： 式中
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在水柱再弥合发生的瞬间， 由于两股水柱撞击
流动的特征线方程， 它与复杂的水泵边界条件及除 管道内点以外的其它边界条件构成事故停泵水锤 计算的数学模型。对长距离输水管道， 复杂的地形 条件变化往往形成明显凸起点，在管中极易产生