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供水管道系统水锤分析及防护措施摘要：水锤现象是引发城市供水系统设备损坏以及管道破裂的根本原因之一，对于水锤现象的防护一直都是供水管道系统设计与建设需要考虑的重点问题。
本文作者根据自身研究水锤现象多年的实际经验，对供水管道系统水锤分析及防护措施展开了深入的调研与分析，并给出有效的防护措施，希望能对相关行业起到一定的促进作用。
关键词：供水管道；水锤分析；防护措施引言：在进行水锤防护措施的分析时，首先应该对于供水管道系统水锤现象入手，找到水锤现象发生的具体原因，根据不同原因针对性设置对应的水锤防护措施，进而使水锤现象能够得到有效的控制，提升供水管道系统的安全性与稳定性。
一、供水管道系统水锤现象的分析在供水管道系统运行的过程之中，如果出现了不可预测性的停电现象，或者给水阀门的关闭速度过快时，就会由于水流压力的惯性产生一道非常猛烈的水流冲击波，该冲击波产生而发出的声音类似于锤子在进行敲打的声音，这就是我们所说的水锤现象。
水锤现象产生的应力极大，有时候有着很强的破坏力，严重时甚至会破坏供水系统的阀门或者水泵。
水锤效应是指水在供水管道的内部，由于供水管道内壁过于光滑，所以水流较为自如，而当管道阀门突然关闭时，水流的流动会发生方向性的紊乱，从而产生内部应力，对于阀门会产生一个压力，由于供水管网的内壁过于光滑，水流在惯性的作用下应力迅速达到最大化，从而产生了强大的破坏作用，这种破坏作用在流体力学之中被称为水锤效应，也就是我们常说的正水锤。
在进行供水管网供水管道的建设之中，必须要考虑到水流的水锤现象。
与正水锤相对的是负水锤，是因为关闭后的阀门突然打开而造成的水锤现象，这种水锤现象与正水锤现象相比破坏力较小，但也存在着一定的破坏力。
如果供水管道系统的电动机组突然启动，也会引发压力的冲击现象以及水锤效应，这种压力增大而产生的冲击波会沿着管道进行传播，非常容易造成管道内部的压力超过负荷，导致管道碎裂以及供水设备的损坏现象，因此，在供水管道系统的修建之中，对于水锤效应的防护也就成为了关键性技术之一[1]。
管道工程施工验收中的水锤与防止在管道一年由于液体介质的流速突然变化，使压力突然增人或减小，且变化幅度很大。
在压力波动过程中常伴有锤击般的声响和振动。
这种现象称为水锤或水击。
水锤产生的过高压力可导致管道、阀门和水泵的破坏，过低的压力则可导致管道的失稳而损坏。
对于水锤应有足够的认识，并采取恰当的预防措施，以防止水锤对管道、阀门和水泵的破坏。
因为管道中流速的变化是不可避免的，水锤现象并不罕见。
只是通常发生的是属于正常水锤，其水流状态不出现水柱中断 (管道某处压力低于水的汽化压力或存在空气而产生)，压力上升值一般不大于水泵的额定扬程，危害不太大。
但在霍山某矿输水管道、定远盐矿长输给水管道、安庆石化厂长输架空石油管道，都曾发生管道道破坏事件。
某工程的爆管还造成死亡4人的恶性事故。
推究这些管道破坏的原因，可以认为主要是水锤所引起。
次要原因则是管道材质和管基沉陷等。
例如在定远盐矿长输给水工程中，其中φ600连续铸铁管6.7 km，φ600钢板卷管3 6 km，管材水压试验压力2mpa，使用压力1mpa，在管道安装完毕进行通水试验时，由水库边泵站送水，水泵扬程98m，流量745—1458 m?／h。
在送水时逐渐开启电动阀门，约半小时左右，铸铁管呈大片爆裂，累修累爆，达5次之多，钢管也从焊缝处爆裂一次，显系内压力过高而受破坏，该输水管长达10．3 km，穿越山丘与农田多处起伏，虽于泵出lj不远装置了缓闭止回阀，在管线隆起处安装了自动排气阀，估算其排气量约为输水量的1／3，在管道内必然产生水柱中断，当水杵再弥合时，水锤压力上升值较高，是所谓非常水锤，其压力升高值△h=a△v／2g，式a为水锤的传播速度。
此压力升高值加上水泵压力虽然超出使用压力不是太高，但冈为连续铸铁管工艺上是连续浇注，同时用水迅速冷却，受力性能较差，在水锤作用下自然易于爆裂。
该输水管的钢管靠近水泵出口，当水泵启动和停止时，如水柱在止回阀处弥合，其压力升高值j。
管道系统水锤防护措施在泵房及管道系统安装完毕，往往会发现在系统运行时，当在停泵、停电的一刹那，管道系统会有一个很大的水的冲击力，冲击着水泵、阀门和管路，有的可能水击很轻，但有的却很严重，更甚者会产生严重的质量事故，例如：阀门阀瓣、水泵叶片、管道系统等被水击击碎、击破，这种破坏就是水锤导致的，在国外工程中我们也遇到过这样的现象。
一、什么是水锤现象？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，所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动白如。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是流体力学当中的水锤效应”，也就是正水锤。
在供水管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
电动水泵机组突然停电或启动时，同样也会引起压力的冲击和水锤效应。
这种压力的冲击波沿管道传播极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等，故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。
二、水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
三、水锤效应的危害是什么？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，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件；4、引起水泵反转，破坏泵房内设备或管道，严重的造成泵房淹没，造成人身伤亡等重大事故，影响生产和生活。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施前言建筑消防给水系统作为一种供应消防水的系统，具有广泛的应用和重要意义。
在建筑消防给水系统中，停泵操作是一种常见的操作，但如果不注意，在停泵过程中会产生水锤现象，给系统带来严重的影响。
因此，本文将介绍建筑消防给水系统中停泵水锤的算法及防护措施。
建筑消防给水系统中的水锤现象水锤是指管道内的液体在运动中受到突然变化的力后产生的瞬间液压波。
当液体受到阻碍，如管道内蒸汽闸门、阀门等的突然关闭、阀门快速开启或关闭、水泵启动或停止时，将会产生瞬间的阻力，液体在瞬间变化的力下形成一种液压波，产生了水锤现象。
水锤现象对含气液体管道来说是一种严重的危险，其压力和震动不仅使管道和配件产生变形和管道接头产生破裂、还会对器具和工作人员产生潜在的危害，对建筑消防给水系统的工作产生极大的影响。
建筑消防给水系统中停泵水锤的产生原因建筑消防给水系统中的水泵作为推动消防水进入建筑内部的主要器材，其启停过程对于系统运行的影响非常大。
在建筑消防给水系统中实施停泵操作时，其主要目的是为了进行巡查、检修和更换机械故障等维修。
然而，停止水泵时也就是关闭水泵，在管道内产生压力瞬间变化的情况，此时就会产生水锤现象，导致系统受损，甚至影响的更大范围。
建筑消防给水系统中停泵水锤的算法由于建筑消防给水系统中停泵操作会引起水锤现象，因此，为了有效地缓解系统被水锤现象压力，一些算法被设计用来解决水锤问题。
以下将引入Dahl算法以及它的增强型来控制建筑消防给水系统中的水锤问题。
Dahl算法Dahl算法是对管道内液体实施流动控制和维持管道稳定的一种算法。
该算法仔细研究了水锤现象的机理，以此设计了一种算法，可以在管道中控制液体的流动，从而防止水锤的产生。
Dahl算法根据下列几个方面对管道液流状态进行监控：1.控制水流速度和流量。
2.调整管道内的压力。
3.调整管道内的废气压力。
4.检查管道内的流速。
5.检查管道内的流动状态。
水錘的發生與防護燕在華自1996年全國開展300個節水灌溉增產示範縣建設以來，我國噴、微灌節水灌溉工程面積增長速度很快，到1997年底僅噴微灌工程面積已達100多萬hm2。
建設速度快了以後，就不免有的工程未能全按照國家規範要求進行設計、施工和管理，其中較為普遍的問題是大多數工程沒有進行管道的水錘壓力計算工作。
從而給工程留下了嚴重隱患。
因此，有必要將水錘的危害、發生原因和防護辦法做一介紹。
在噴微灌的行業中有兩句警言，那就是「滴灌要防堵，噴灌要防爆」。
這裡所說的防爆，就是對噴灌的地埋管道和水源工程揚水上山的輸水管道，要防止因水錘作用造成管道爆破而損壞工程。
1 什麼是「水錘」由於壓力輸水管道內壓力水的流速急劇變化，而引起管道中水壓力的突然升高或降低，這種現象稱之為水錘。
管道內水壓力的突然升高和降低，主要是由於閘閥開啟、關閉的速度過快，或水泵、電機因事故停電突然停止運轉，使管道內介質的動能在瞬間全部轉變為勢能所造成的。
2 水錘的種類2.1 水錘的種類按水錘產生的原因可分為起動水錘、關閥水錘和停泵水錘，其中以停泵水錘的危害最為嚴重，往往造成管道破裂。
當閥門關閉歷時（T s）≤一個水錘相（M）時稱瞬間關閉，瞬間關閉產生的水錘稱之為直接水錘。
當閥門關閉歷時（T s）＞一個水錘相（M）時稱緩慢關閉，緩慢關閉產生的水錘稱為間接水錘。
2.2 水錘的相關參數2.2.1水錘相（M）當壓力管道中發生水錘時，其水錘波在管道中往返傳播一次所需的時間，稱為水錘相，單位以秒（s）計算。
其計算公式為：式中M———水錘相，s；L———管道長度，m；a———水錘波傳播速度，m／s。
2.2.2水錘波傳播速度水錘波的傳播速度與聲波在水中的傳播速度、管道材質的彈性模數、水體的彈性模數、管徑及管壁厚有關。
其計算公式為：當圓形均質管的e／d＜1／20時式中a———水錘波傳播速度，m／s；K———水體的彈性模數，P a，K隨水溫和壓力的增大而加大，當水壓小於2．5MPa、水溫為10℃時，K為2．025GPa；E———管道材料的縱向彈性模數，P a，不同材質的E值參見表1。
浅析水锤分析计算和防护措施摘要：在水泵正常运行时，如果突然断电，在供水管道中将形成大于水泵正常工作压力数倍的水锤压力，造成水泵和供水管道破坏。
采用特征线法对取水泵站进行了水锤分析。
计算结果表明：水锤压力较大，影响水泵及管路的安全稳定运行。
本文主要对水锤产生的原因、危害及一些常见的防护措施进行了介绍。
关键词：水锤；水柱脱流；水锤防护一、水锤现象水锤现象在压力管路中，由于流体的流速剧烈变化而引起一系列急骤地压力交替升降的水力撞击现象，称为水锤（水击）现象，也称水力瞬变。
目前，国内外普遍将压力输水管路中所发生的各种水锤现象，通称为输水管路的水力过渡过程。
管路中发生水锤现象时，随着压力的交替升降，液体分子质点将相应地呈现密疏状态交替变化，这种变化以纵波形式沿管路往复传播，因此水锤现象是一种波动。
在有压管路中，由于流速的剧烈变化和水流的惯性而引起一系列急骤的压力变化和密度变化。
它们的综合作用结果，在物理现象上表现为快速传播的水锤波动。
水锤波动全过程包括压力波的产生、传播、反射、干涉以及消失的整个物理过程。
水锤的传播只限于连续的水流中，当管路中出现水柱分离时，水锤波的传播受到影响，将会引起更加复杂的物理过程。
引起水锤的主要原因有：1）启泵、停泵、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，水流速度发生急剧变化的情况下。
2）事故停泵，即运行中的水泵动力突然中断时，较多是由于配电系统故障、误操作、雷击等情况下的突然停泵。
图1-1 供水系统水锤过程线图二、水锤的危害长距离高扬程输水工程中，水锤事故的发生是较为普遍的现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。
事故产生的实例也是多种多样的，例如，水电站内因关闭水轮机导叶时操作失误，而造成压力管内水压上升；泵站系统中，因断电或其他原因而使水泵突然停泵，压水管内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，导致停泵水锤。
水锤事故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂（即爆管），致使供水中断，影响正常的生产生活；重则造成淹毁泵站、泵船沉没等严重后果。
