绍兴民用建筑水击破坏研究

1 引言

1.1 研究背景

2013年区启升[1]等人就先导式水击泄压阀在华南管网遇到的问题进行了分析，并对先导式水击泄压阀进行了介绍，随后还列举了一些华南管网中先导式水击泄压阀出现的失效情况，还对阀门提出了改进建议。所以这引起了人们对水击泄压阀的关注，所以对于水机破坏的研究显得重要起来。

1.2 研究的目的及意义

本课题以解决绍兴当地水击破坏问题为基本目的，既可以说是一个环保类的课题，因为研究的成果可减少水击破坏带来的噪音对绍兴环境的影响。对于绍兴民用建筑的水击破坏的研究的意义有三:减少水击破坏带来的噪音;提高水击预防阀的技术;采取水击预防的措施，合理布置供水管道系统。

2 水机破坏的研究现状

兰景玲等人对长距离多起伏输水管道水锤防护进行了研究，并对在实际工程中，根据输水系统的实际特点，设计合理、有效、经济的水锤防护措施进行了探索。

3 水击的概念

水击又称水锤:水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。水锤效应是一种形象的说法。它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，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。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大。

4 产生水击破坏的原因研究

有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。管道系统中闸门急剧启闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。

水击可导致管道系统的强烈震动，间接水击的计算需要知道流速随时间变化的关系，产生噪声和气穴。掌握水击压强的变化规律对输水管道的设计，对消减水击的破坏作用，有很大的实际意义。水击的基本问题是最大压强的计算，最大压强一般出现在发射波断面(如阀门处)。

水击事故的现象及产生原因:(1)锅炉局部汽化引起的水击事故，在炉外可听到撞击声，严重时产生水击的炉管剧烈抖动;(2)蒸汽窜入供水管产生水击时，可听到热水引出管内有汽水撞击声，有时热水引出管有振动现象。蒸汽窜入供水管多在以下二种情况下发生:①热水引出管结构或布置位置不当;②锅炉运行中水位控制不当，水位过低;(3)由于停电或突然停泵发生水击事故时，系统回水管的压力大幅度上升，而水泵出口处压力大幅度下降;(4)运输管道过长，导致压力波的传播时间过长，形成水击现象。

5 预防(消除)水击破坏的措施研究

5.1 泄压保护

(1)气压罐:气压罐会根据管路中的压力变化而自动调整压力。压力过低时自动向管道中补水进行增压;压力过高时自动吸收管路中的过高压力进行泄压。(2)水锤消除器:水锤消除器主要防止管道泵的停泵水锤，当管路中压力高于设定(高压)值时，会自动排水进行泄压，以此来平衡局部管道的压力。(3)泄压保护阀:泄压保护阀工作原理和水锤消除器相同，当管路中压力高于设定值时，会自动排水进行泄压。

5.2 流速控制

(1)控制水流流速:应对管道内水流流速进项相应的控制。当DN≤40mm时，流速应当控制在0.6-1.0m/s之间，当DN＞40mm时，流速应当控制在1.0-1.2m/s之间。(2)水力控制阀:水力控制阀利用管道泵出口与供水管网的压力差实现自动启闭，通过活塞缸或膜片室来减缓阀板关闭速度，从而减少水锤发生的可能性。(3)快闭式止回阀:快闭式止回阀在快闭阀板前采用导流结构，停泵时，阀板同时关闭，依靠快闭阀板支撑住回流水柱，使其没有冲击位移，从而避免产生停泵水锤。

5.3 空气阀

空气阀是一种用于防止管道泵停泵水锤过程中产生负压的特殊阀门，当管网内压力过低时吸入空气，而当管道中压力过高时排出空气。空气阀不允许液体泄入大气，在排除空气时具有自动关闭的功能。

5.4 镇墩防护

使用大体积素混凝土构件作为镇墩，其主要作用是依靠自身重力保持管道的稳定性，这也是一种成本低，效果好的防护措施，得到的应用也最为广泛。

5.5 逆止阀与旁通管联合防护法

采用逆止阀与旁通管联合防护的方法，要将旁通管管径控制停泵后的倒转转速确定下来，也可以将逆止阀、旁通管与蝶阀进行配套应用，即使将逆止阀关闭，由于设置有旁通管，所以倒流并未被完全切断，倒流稳定后，再用蝶阀把出水管道匀速关闭，此时倒流流量只有水泵额定流量的五分之一到三分之一，所以不会导致水管路出现大的压力波动。[2]

此外，还有一些其他的防护和消除措施，这里不一一列出。

6 存在的问题及研究趋势

现在绍兴的民用建筑还是多以水击预防阀来消除实际破坏，但是近些年市面上的水击预防阀大多造价昂贵。所以对于水击预防阀的造价、性能等方面还有诸多问题需要有待研究。现在也有很多学者从优化管道系统方面研究，希望从这方面来减小水击破坏。胡祥伟，胡明[3]等人对调压室连接管尺寸对水击压力的影响的研究，这对水击破坏的研究也提供了一些方向。

7 绍兴水击破坏的结论及建议

通过调查发现，现在造成绍兴民用建筑水击现象主要在于一些高层建筑里，由于高差很大，导致水压过大，造成的水机破坏。还有就是出现蒸汽系统中，在蒸汽系统发生水击时，系统内会产生很多刺耳的噪音甚至是震动。综上所述，对绍兴民用建筑消除水击破坏的建议有:(1)适当加大绍兴民用建筑的输水管管径，限制管道流速。一般在液压系统中把速度控制在4.5m/s以内，△P不超过5MPa就可以认为是安全的;(2)可以适当缩短管长，以减小压力冲击波的传播时间;(3)根据绍兴当地情况正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化比较均匀;(4)延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的换向阀;(5)在容易发生液压冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，以吸收冲击压力;也可以在这些部位安装水击预防阀，以限制压力升高。

[1]区启升.先导式水击泄压阀在华南管网遇到的问题分析[J].化工管理，2013，2.

[2]刘竞艳.农村饮水安全工程中提水管道水锤水击的分析与控制[J].吉林农业，2013，4.

[3]胡祥伟，胡明.调压室连接管尺寸对水位波动和水击压力的影响分析[J].水电能源科学，2013，4.