大管径输水管路的水锤灾害形成原因和预防措施

王晓芃

水锤防护不利是影响企业经济效益的重要因素，因此需加强对输水管道安全问题的重视，加大大管径输水管路的水锤防护措施力度。

1 水锤危害与成因分析

1.1 水锤成因

水锤成因主要有以下几点：阀门突然启动或关闭；水泵机组突然停止或启动；单管向高处输水；输水管路中水流速度过快；输水管道较长，同时地形变化较大。

1.2 水锤危害分析

在输水管路出现水锤灾害时，压强将不断增高，可能达到输水管路正常工作压强的几十倍。压强波动较大，将造成以下危害：输水管道振动剧烈，管道接头断裂，阀门损坏，甚至会出现管道爆裂的情况，影响供水系统的稳定运行；水泵反转，泵房设备或管道破损，严重的甚至会淹没泵房。

2 水锤灾害预防措施

2.1 开（关）阀水锤预防措施

开关水锤可以分为直接水锤与间接水锤两种，我们可以通过延长开阀与闭阀时间避免管路出现直接水锤灾害；为降低水泵出口的压力，我们需在阀门关闭到15～30%时关闭离心泵、混流泵，延长阀门使用寿命。一般抽流泵不需在水泵出口设置阀门。

2.2 启泵水锤预防措施

为避免管路出现启泵水锤灾害，需要先排出管道中的空气，直至管道中充满水后才可开启水泵。在长距离、大管径输水管道的隆起处均需配置自动排水阀或充水设备；在必须空管启动水泵时，为避免管路出现启泵水锤灾害，我们可采取分阶段开阀启泵的方法：首先，把水泵出口处阀门打开一部分，管路上的其它阀门需全部打开；然后，开启水泵，在管道中充满水之后将水泵出口处阀门打开至规定角度。针对设置有止回阀的水泵，需设置自动排气阀与旁通阀。在出现事故停泵之后，需保证止回阀后管道中充满水后才可启动水泵。同时，为保证供水系统稳定运行，需保证启泵时水泵出口阀门没有全部开启。

2.3 停泵水锤预防措施

在刚断电时，给水管中的水流由于惯性将缓慢流向水池，之后会慢慢停止流动。管道中的水在重力水头的影响下，将倒流向水泵，并逐渐加速。由于管道中水流流速的变化，将出现水锤灾害。为预防出现停泵水锤灾害，需采取以下措施：

（1）降低输水流速，为降低输水管路中水的流速，需尽量使用较厚的管道，从而降低水锤压力。

（2）改变电动机惯性。为降低水锤压力，我们可以使用转动惯量较大的电动机或配置惯性足够的飞轮。

（3）科学设置管线。在设置输水管线时，需保证管路的平整性，以免出现峰点或坡度改变；在输水管路中各个峰点位置需配置排气阀，以免出现弥合水锤灾害。

（4）科学设置水泵扬程。停泵水锤与泵房几何扬程有着重要关系，扬程越高，则停泵水锤越大。因而，我们需依据实际情况确定水泵扬程。

（5）减小输水管路长度。随着输水管线长度的增加，停泵水锤值将不断增大。因此，我们需尽量减小输水管路长度。

（6）取消止回阀。出水管道止回阀关闭过快将引发停泵水锤。因而，为降低停泵危害，我们可以取消止回阀。

（7）缓慢闭合止回阀。为避免出现停泵水锤灾害，需在大管径水泵出水管上设置缓闭止回阀、微闭蝶阀。由于在关闭阀门时，将出现水流倒流的情况，需在吸水井设置溢流管。缓闭止回阀主要有重锤式和蓄能式这两种，此阀门可以依据实际情况科学调整阀门关闭时间。但是需注意，在输水管路峰点出现弥合水锤现象时，缓闭止回阀作用较小。

（8）配置水锤消除器。在止回阀下游处设置水锤消除器，可通过水锤消除器消除管路中的水锤压力，简单来说就是在管路中压力值低于保护值时，排水口将自动开启排水降压，保证管路压力平衡，以免出现水锤灾害。水锤消除器主要有开式停泵直接水锤消除器、自动复位水锤消除器等。

（9）配置泄压保护阀。在整个管路中均可安装此设施，其工作原理与水锤消除器相同，此设备设置的动作压力为高压，在管路中压力较高时，排水口将自动开启以降低管路压力。

（10）使用水力控制阀。通常情况下，此设备安装在水泵出口位置，此阀门是通过机泵出口和管网之间的压力差实现自动开关的功能，阀门安装有活塞缸或膜片室控制阀门开合速度。

（11）设置双向调压塔。此设施需设置在泵站附近或管道的合适区域，同时需保证双向调压塔的水面高度高于输水管道终点水池高度。调压塔可依据输水管路压力的改变采用补水或排水方式，降低水锤压力。

（12）设置单向调压塔。此设施可以安装在泵站附近或管道的合适区域。需保证单向调压塔的高度低于此处的管道压力。在管道中压力较低时，需向管道中补水，以免出现弥合水锤。同时，需保证单向阀性能良好，假如阀门失灵，将出现水锤灾害。

（13）配置气压罐。气压罐是依据气体体积和压力的定律工作的。随着输水管路中压力的改变，气压罐需通过补水或吸收管路中压力的方式避免水锤灾害。

（14）使用PLC自动控制系统。随着工作情况改变供水管道压力也将发生改变，机泵运行过程中常常会出现低压或超压问题，极易出现水锤灾害，损坏输水管道与设备。使用PLC自动控制系统，可以自动检测输水管道压力，并自动控制水泵的开、闭与转速调整，科学控制流量，保证输水管道压力稳定，降低出现水锤灾害的机率。

3 结语

总之，为保证长距离大管径输水管路可以稳定运行，需依据工程规模、地形、地质等因素了解安全隐患，采取有效措施保证输水管道不会出现水锤灾害，保证输水管道可以充分发挥自己的作用。