输水管线水锤

大落差长距离重力流输水管线系统防护和控制摘要：随着我国社会经济和工业化的迅猛发展，长距离输水工程越来越多的出现，而随着工程实施建成，在后期运行的过程中，系统控制及水锤危害问题也日益显现出来，在初期重水锤分析，轻系统控制的现象特别明显。

长输管线的安全防护，是一个需要综合考虑的系统，并不指一台控制阀，一个调节罐的技术特性，而是一个小型而健全的安全系统，其内容大致包括：监测、控制、事故预案以及后期运行数理反演评估。

因此为了保证长距离输水系统工程的运行安全，选择安全可靠、经济合理的控制系统和水锤防护措施变得尤为重要，实际工程更需要这方面的技术，本文主要对此进行了简单的探索。

关键词：长距离、大落差、重力流、W型系统、系统控制、水锤防护1重力流输水工程的现状和问题1.1主观轻视相对于水泵长输供水，重力流供水相对传统，小规模工程较为普遍，主观上似有简易的错觉。

因此在初期的工程当中，明显地感觉到“功课不足”。

主要表现为:实际流速过快（2.5m/s～3m/s），平时流量波动较大，可能出现离奇突发的爆管事件。

1.2经验不足由于时间、投资与地形的限制，在设计当中设计人员往往并不熟练掌握重力流水力计算（水头为主导因素，决定阻力与流量）在下坡段局部突起部分，可能会出现半管流、虹吸等不利工况，而在设计阶段并未被发现，使得实际运行过程当中出现流量变化的随机性。

1.3控制不当过分注重关阀水锤的水力计算而疏于对水锤发生原理的本质理解，造成教条性的操作失误，引发水力激荡，甚至管线的破坏。

1.4不加控制对长距离输水管线无控制地变流量输水，使得管道长期处于压力陡变的随机状态。

2重力流水锤分析重力流的水锤则多为“关阀水锤”。

该类水锤不会像水泵停泵水锤那样，有一个压力先下降的“预演”阶段，而是在阀门关闭的瞬间，水锤即刻到来。

调节阀的调节，在另一个角度讲，是调节阀的局部阻力与沿程总阻力的抗衡。

只有在阀门的阻力足够与沿程阻力相当的时候，才可以进行调节工作。

144数据库技术Database Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering管道安全监测一直是市政给排水领域关注的重点，特别是长距离输水管道，多为“城市生命线工程”，由于其口径超大、压力高的特点，一旦发生事故不仅会造成大量水量浪费，还会影响正常的输水、供水，产生的经济与社会影响不可估量。

目前管道安全监测主要依靠被动巡检，单纯依靠检漏设备和技术人员，缺乏有效性和及时性。

而在线式的主动监测手段相对较为匮乏，目前应用于实际工程案例中的在线式监测手段以压力法、流量法为主，其主要功能为实现大水量爆管预警和定位，无法全面掌握管网运行的安全健康状况，这与管网信息化、智慧化的发展要求不相符。

因此寻找一种全面、及时且有效的管道安全在线监测系统成为完善市政供水长距离输水管道设计迫在眉睫的任务[1]。

1 常规的管道在线监测系统急需解决的问题1.1 长输管道漏损监测及定位问题管道漏损是供水行业普遍存在的问题，管道一旦发生漏水，严重时会干扰市民的正常用水和生活，同时对于供水企业来说，水量损失意味着增加了供水成本，对企业的经济效益和社会效益造成直接影响。

目前常规的管道在线监测系统主要是根据在线检测的压力和流量数据进行漏损监测及定位的模型方法，而这些模型基本都适用于虚拟的理想管网，当应用于实际管网时，会因为测量数据不足、测量误差及水力模拟误差等问题而影响模型的精度，导致定位偏差大、无法反映管道微小漏损等问题。

1.2 长输管道水锤安全监测问题水锤是压力管道中由于流体的惯性作用而引起管道内流体产生流速的急剧变化进而造成管道内的压强急剧升高或降低交替变化的一种水力过渡现象，是造成输水管道破坏的主要原因，其演变过程如图1所示。

目前普遍采用在管道沿线设置防水锤型空气阀的方式来消除水锤的产生，但是水锤防护装置是否达到预期的效果，目前国内仍没有相应在线监测手段，运行过程中管道内是否有危害性的水锤无从得知。

水锤的定义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，水流动自如。

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，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。

在水利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。

电动水泵合电压起动时，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。

压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。

水锤效应只和水本身的惯性有关系，和水泵没有关系。

水锤效应的危害水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，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。

当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。

为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。

水锤消除器水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。

水锤消除器的内部有一密闭的容气腔，下端为一活塞，当冲击波传入水锤消除器时，水击波作用于活塞上，活塞将往容气腔方向运动。

活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关，活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下，做上下运动，形成一个动态的平衡，这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。

水锤效应的利用水锤泵站是利用水锤压力提水的泵站，适用于山区小流量高扬程供水，由水锤泵及相应的水工建筑物组成，为山区微型水力提灌泵站的一种新型式，通常也简称它为新式微型水力站或水力站。

水锤系列之：平直输水管线的瞬变流特点以及注意事项黄晖在中国东部较发达的沿海地带输水系统总存在如下的特点：1.输送流量较大，管径较大，一般超过1米直径；2.管线平直，水泵扬程低；3.管线长，会超过10公里；4.管线小的起伏多，多为跨越地表沟壑与地表径流。

1.由于管线长，其水锤波往返的时间较长，因此水泵处明显感觉到水力冲击的滞后时间往往较长；2.由于扬程较低，往往会出现明显的水柱拉断（即负压），拉断持续时间较长，管线的震动亦表现得比较明显；3.由于沿线微小的起伏皆是产生水锤的“水锤源”，彼此叠加并影响系统，因此第一波压力升高往往不是最强的，最强的压力波动可能会“潜伏”在第一轮冲击之后出现；4.系统的明显高点前会出现“弥合水锤”，即拉断的水柱在返回波的作用下，会弥合，并导致压力升高。

而明显高点之后段则往往不会产生“弥合水锤”，该高点会形成一个明显的“水锤分界点”；5.由于管径较大，管线较长，空气罐等“封闭式”水锤防护方案要求较大的投入，罐体很大，不容易被实践接受；6.止回阀的作用势微，对水锤的影响越来越小，甚至起到负面作用。

因此，对于该系统的设计在可行的范围内，宜注意如下事项以及做到相应的防护：1.设计时，不建议过流流量过大，流速尽量控制在1m/s 以内，在节省长期运行费用的同时，减缓因流量变化而产生的压力波动效果；2.尽量避免管线上有明显的高点突出；3.对止回阀的调整控制需要客观冷静地分析，通过对比与思考总结出真实的理论结果，跳出唯止回阀调整来解决水锤的思想困囿；4.空气罐的选择也应符合实际的工程概预算，以及合理的投资规模，可考虑与其它方式的联合应用；5.空气阀的重要性一定提到很高的认识，在以负压为主的系统当中，空气阀是最有效亦最廉价的解决方案，但其质量一定需要得到保证；6.防水锤型空气阀值得必要的关注，其往往是最关键亦为最佳的选择，从下图当中可以看出其对应关系。

水锤效应”是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。

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，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。

在水利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。

水和其它实用的液体都是不可压缩的，因此施加在液体上的能量会立即传递开去。

当阀门开、关或水泵开、停造成流速的突然变化，则动能转变为弹性能，产生一连串的正负压力波，在管线中来回振动，这就是所谓的水锤。

由此可见水锤的产生，一是由于外加驱动力的突然变化造成的，二是由于运动的液体速度突然变化造成的。

另一种关于水锤效应的说法:异步电动机在全压启动时,从静止状态加速到额定转速,水的流量从零猛增到额定流量.由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,因此,在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击,并产生空化现象.压力冲击将使管壁受力而产生噪音,就像锤子敲击管子一样,称为水锤效应.水锤产生的另一个原因是水管中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样气推水，水推气，形成水锤，形成大的破坏力。

特别是第一次试水，必须排气，排气完了再停水。

所以我们要研究水泵开机和停机时的控制方法，以便避免水锤的产生。

采用具有转矩控制的固态软起动器可以消除水锤，水锤效应的危害水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，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。

当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。

为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。

水锤消除器水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下，有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡，从而达到消除具有破坏性的冲击波，起到保护之目的。

煤田灭火工程供水系统水锤效应成因分析及消除措施摘要：水锤效应对煤田灭火工程供水系统的正常、高效运行危害较大，必须加以控制和预防才能确保供水系统正常运行。

本文对煤田灭火工程供水系统水锤效应的危害、成因及消除措施进行了分析。

关键词：煤田灭火工程；供水系统；水锤效应；消除措施煤田灭火工程供水系统主要是保障注水、钻探、注浆、生态环境修复等煤田灭火工艺及基本生活用水。

供水系统的安全高效运行对煤田灭火工程顺利开展和全面推进有着极为重要的影响。

水锤现象威胁着供水系统的安全运行，要有效防控管道水锤现象，就必须弄清水锤产生的原因，从源头上减少水锤现象。

水锤现象主要由流速（或温度）的突然变化引起，因此控制流速骤变能有效减少供水管道的水锤现象。

基于此，本文论述了供水系统水锤效应成因及消除措施。

一、煤田灭火工程供水系统概述煤田火灾是指发生在煤田煤层露头或浅部，影响煤田开发、污染环境、破坏生态、资源烧损严重的非生产区域火灾。

煤田火灾治理工作一般有火区初步勘查、火区灭火规划、火区详细勘查、灭火工程可行性研究（必要时）、灭火工程初步设计（必要时可代替可行性研究）、灭火施工组织设计、灭火工程施工、竣工验收及后期管理等阶段。

煤田灭火工程是根据灭火工程初步设计技术要求和工期，按照灭火施工组织设计的安排，实施推进煤田火灾治理。

灭火工艺主要包括剥离、注水、钻探、注浆、覆盖、生态环境修复等。

供水系统主要是保障注水、钻探、注浆（新材料）、生态环境修复等煤田灭火工艺及基本生活用水，供水系统的安全高效运行对煤田灭火工程顺利开展和全面推进有着极为重要的影响。

煤田灭火工程施工区域主要集中在陡峭山区或戈壁荒漠，根据所处地势和输水距离，供水系统主要采用一级或多级加压输水方式。

供水系统主要由建、构筑物、泵房设备材料、输配水主材、管道附件组成，流程主要为“起点蓄水池→加压泵房→输水管路→作业区”。

煤田灭火工程中的输水工程施工是一项非常重要、十分艰苦而又特别复杂的工作，设计参数、线路和管材选择的合理与否，对输水方式、管材选用、电力消耗、系统安全、工程造价、运行管理等都具有十分重要的意义，有时甚至起决定性的作用，故必须综合考虑各方面因素，重点权衡安全和经济两大因素。

现代制造技术与装备1722020第11期　总第288期船舶轮机管路系统水锤效应产生的原因、危害及解决方案刘 梅（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京210015）摘 要：本文主要围绕船舶轮机管路系统的理论、船舶轮机管路系统水锤效应、船舶轮机管路系统水锤效应的具体解决方案三个内容进行探究，为相关技术人员提供一定的理论参考。

关键词：船舶轮机管路系统；水锤效应；危害；解决方案Causes, Harms and Solutions of Water Hammer Effect in Marine Turbine Pipeline SystemLiu Mei(China Merchants Jinling Shipping (Nanjing) Co., Ltd., Nanjing 210015)Abstract: This article mainly elaborates the theory of marine turbine piping system, analyzes the water hammer effect of marine turbine piping system in detail, and finally proposes a specific solution to the water hammer effect of marine turbine piping system.Keywords: marine turbine piping system; water hammer effect; hazard; solution船舶正常运作离不开船舶管路系统，船舶管路系统分布于船舶的各个角落，能满足正常的航船运作需求。

换句话来说，船舶轮机管路系统是船舶的重要组成部分。

在船舶管路系统探究时，主要以研发设计、开发、组织管理等工作为主，这样才能够对船舶的修理技术进行严格控制，有备无患。