水锤现象及其危害

1、水锤现象及其危害水是生命Z源.是社会发展和緊荣不町缺少的基本资源.心于我国社僉经济的快速吐展.城血化逋榨不断探入.城朮人II趋密集、上地阴求H益紧厳.迫便AJ门大力发展离层锂ift以解决城市用地幣张的才冶.建逆内部的供水系统是将市政管网威自备水源供水管网的水引入建筑内部经空内配水管线输适至用水点.沖涵足用水点对水匝、水M成压姿求的水供应紀刹伴随齐廿仝经济技术的进鮎岛口建顼朝普禹度更4设备更完再舒适和现代化的方向快速发展.在建筑供水来统中.水锤现象在小区供术泵房威二次加圧供水系统时有发生.尤英附高&建筑中即丿用路屮常见的种捌舛现皱.术钟的匹续时仙彊协珂帕但水幢的危害性极大.轻则引起设备及

2、管道萊统振动*严重时燔管滉水.造成停水事故.込背的因忒钵爭故造成设备损坏、泵馬淹没、伤及操作人城等衣生衣吉由于高层建迫层数多、建筑高度大、水泵扬程高，水泵启动、停匕和阀门的快幵快闭.便供水管线中水逾流速笈生突松变化而fb秤红屮毎成瞬变流.导致压力快速升高毁降低.当管线中粟处的水斥降低到饱和裁汽压咲下时,水的连续性遭到破杯，ft而引起忒柱分离.帚统内出现断流空腔.随归产生斯湍再弥合术镯口斷流轉际合忒楝所严生的髙压是常压的数倍对管线系统的破坏是巨大而惊人的oIB着高层建筑业的長勃发展.高层建筑供水系绒如1何选择合理的水锋晞护措施讹供水安全越来越被专业人L所車视.建筑供K系统的设计，在满足用水点对水

3、量、水压和水威要求的同时应该确保供水安全可靠水锤压力一股是通过经验公式估算米确定.供水系统中水睡到底能产生赛大压力，以及工程中常用的一些忒肄防沪设备或措施的作用大小.有些工程设计人员对此井未足够重规，设计中缺乏考虑术游险护措施.或在设计屮考虑不刖*严車.他响供水蜿统的安全熾及可菲ru对髙层建筑供水系统的水力过渡过程进厅理论分析计算与预测.进而选择经济*合理的水偉肪护措施.对确保高层建筑供术系统安全运行具禎理论和现实意义.在压力管道系址中"由于阀门的快关快闭酸泵的启动与停机等.造成供水系统中水流流速的急痢变代.导致衆统圧力急剧升虧或瞎低.当许路中流速和圧力发:世变化时.水泵的流昼、扬僵

4、、转矩竽参数随Z改变*称这个阚时变比过屋为本力过渡过程，尔称水燧现象.祀水锤现象屮.液体本身的惯性和可压鳞性是水耀发生的主要原因.液体惯性是维持液体原疔的运动状态的固疔属性.而系统中流体流速的急剧变化引起液体体枳的压缩或膨胀.使得压强急剧升高或降低.而液体两侧受力变化又引起流速改变.供水管道系统屮引起水锋的因盍主要占：泵的启动和突然停机，动力故障、系统转速的突然改变，闸或阀的快开快闭及误操作等等.为了更加清晰的认识水锤现象，现从以下不同角度进行划分刖叫（1）按关闭阀门历时和水锤相位关系，分为直接水偉和间接水锤。在安装疔水泵的供水管道系统屮所引起的水锤通常为何接水锤.（2）按水锤分析理论.可归纳

5、为刚性水锤和弹性水悸两种。刚性水锋理论认为水锋的发生仅和流連的变化仔关，而不粵虑流体阻力和管材的弹性形变，按照该理论进行水锤计算时，假定管壁是绝对刚体同时管路中的流体昱不可压编的刚性水块。刚性水锤理论使得水锤计算大为简化，但按照刚性水锋理论所得结果与丈际情况存在较大的偏差幕性水锤理论则考虑管材的弹性彤变和水休的町压缩性，并认为水锤作用是压力波传播、反射及干涉的结果，由该理论推导得出的水锤基木微分方程更接近实际工程。（3）按水锋成因的外部条件，可分为开泵水铎、关阀水锋及停泵水锋。在水泵斤动过程中，水泵转速、转矩、流虽及扬程等都随时间变化，参数的变化导致供水管道系统中流速的急剧变化.当管道中的空气

6、不能及时排出时.管道中压力变化尤为剧烈.从而发生水锤：关阀水锤是指在关闭佃门的过程中所引起的水锤现纹.按止确操作程序卄启、关闭阀门是不会造成太大的压力波动，若是管理人员操作失误、违反操作程序.将引起不同程度的水锤压力变化：停泵水锋是因泵站管理或工作人员误操作、外部电网事故断电等，致便水泵机组在开網状态下突然停车，从而在整个供水管路系统中所引起的水锤压力变化.（4）按照管道中疔无水柱分离来划分.可分为伴何水柱分离的水锤和水柱连续的水锤崗种.水力过渡过程中管路压力降低.当压力降低到一定值时，系统中局部水休开始汽化而形成蒸汽穴，仅得水流的连续性遭到破坏，这一现纵即为水社分离现彖。肖管路中空腔溃灭即断

7、流水体重新弥合时,两股水柱相互孫烈碰撞而引起很大的水锤升压,即为断流空腔再弥合水锋或弥介水锤。弥介水锤会破坏供水管道系统，其危害相当严重。在泵供水系统中，水锤现彖常仃发生，若水锤防护设备选择不肖将対整个系统造成严览危害.据北京市政工程设计院初步统计，国内孑地区有3（）董个较大泵站发生过水锤事故.有记录的在200次以上。某自来水厂由于电网突然断电致使3台运行机组夹然停机，药机组的液控蝶阀同时关闭时产生水锤.3号机组液控蝶阀阀体和阀门基础遭到严重破坏，发生特大淹机停水事故，给人民生活和生产带來严重困难.经分析造成这次事故的主耍原因是水锤防护描施不十。包钢加床泵站，在机组启动后短暂时间内发生水锤，岀

8、水管地沟孟板披掀开，水体大虽涌岀，操作人员彼迫撤离，泵房被淹，同时停了JV也机组，损失严重。南京市邮政通讯中心地下泵房内，随着一声巨响，人们惊奇地发现生活给水泵停泵时，止回阀与管道连接处喷出了儿股水柱，止回阀出了故障，其原因是止回阀缓闭时间调试不当,321.水僅事故的成因不同，所产生的水锤破坏程度不同，仃的造成爆管漏水，仃的造成设备损坏，泵屈淹没，伤及工作人员等，严重影响供水系统运行安全.国外对水锤问題的研究可以追溯到18世纪，直到弹性水锤理论、微枳分学及求解偏微分方程方法建立，水力过渡过程的本两、规律等才得以认识和了解.相关问題得到耕确地解决向.从20世纪30年代到50年代末，广泛采用施奈徳

9、(Schnyder)和波恪龙(Bergeron)口提出的图解法分析压力管道中的水力过渡过程FI,此方法是通过变换不占虑管道摩阻的水锋基本方程.得到管道内两点的两个代数方程,进而应用作图法进行求解.这种方法求解水力过渡问題具仃概念完整，思路淸晰，简便易憧等优点，但对压力波反复传播、管线块杂且损失较大的系统，不仅计算緊琐，且计算精度较低。20世纪60年代以后由于计算机技术的快速发展,便于计算瞬变过程的特征线法、隐含法得到了广泛推广和应用宙.1979年,加拿大的乔德里(M.H.6audhry)博I:发表专着AppliedHydraulicTransient.该书系统介绍了瞬变流发生机理、数学模型和数

10、值计算方法。20世纪90年代,WeismanJ和KangSY共同分析研宛了垂直向上管道系统的流动过程叫水锋防护方而，Wylie、Streeter等人研究了多种水铸防护设备，如气乐水蝶.水锤消除器，单、双向调斥塔止回阀，空气網等，以消除斥力输水管道系统水锤隐患：Lee等人就空气阀、水力控制阀对伴仔气穴的泵系统的压力波的影响进行了研%:Stephenson就空气阀对供水管道压力的影响做了深入研处"近年来国外对水锤的研究基本是在原冇水锤理论知识上.不断深化研允，并将研丸成果运用到实践中.我国苛水锤的研究起步较晚。20世纪60年代，王守仁和龙期泰等进行了大虽的实验和多年理论研尢，对后期水锤压

11、力计算及其防护奠定了基础。80年代初期，国内大量专业人士开始研克水馋相关问题在压力管道系统中,有多种减弱或消除水锤危窖的措施，如气压水罐、调压塔、水锤消除器、空气阀、止回阀加旁通菅以及增大水泵机组转动惯虽等。在断流弥介水锋理论方而，金锥进行了深入的研究.其成果收于停泵水锋及其防护E书中。刘竹溪、刘光临等人将计算机技术应用十泵站水力过渡过程研究.提出了计算机拟合水泵全待性曲线的方法，并对单向调压塔进行了深入研究，其专苫泵站水锤及其防护卩引也是较早的水锋论普.20()7年，王念憤等发表的董功能水泵控制阀对水锤的防护作用详细介绍了董功能水泵控制阀的组成、水锤防护原理及数学模型，给出了计算机模拟计算中

12、多功能水泵控制阀的边界条件，并指出多功能水泵控制阀能有效降低供水系统水锋峰值，可确保供水系统安全运行。2009年，梁兴等3根据输水工程实际，介绍了复合型空气阀结构特点和边界条件，提出了块合型空气阀水锋防护的两阶段计算方法.2010年，王福军利用新流休分析软件Efowmasier进行了压力管道系统水力过渡过程研短分析了Flownglc严软件在解决流动问题方而的优越性和不足，并给出了克服软件局限性的方法，为泵站系统瞬态计算提供了新途径.2011年,孟芳等【2"结合长距离输水工程在供水管道水像防护方面取得了成功,指出了在水泵出LH殳習快闭止回阀能较好的消除水锤，其水锤防护效果优r微阻缓闭止回阀。在高层建筑给水系统水锤防护方面，国内诸筝研处人员做了大虽的研究.邓风、梅凯、吕伟娅等人分析了髙层建筑供水系统形成停泵水锤的原因，计算了管路中可能产生的最大水锋压力，并提出了用气乐水罐和水力式缓闭止回饲进行水馋防护的技术方案，为后期供水系统水锤防护起到了指导作用p,32"n,徐腾记对供水管道中水锤增压值进行了理论分析和计算.提出了避免停泵水锤的行效措施，指出无逆止阀的管路选用转矩较小、转动惯虽较大的水泵机组可改善停泵水锤发生时的水泵和管路工况，有利于供水系统的安全运行卩"金岭利用水锤计算软件对若干髙层建筑供水系统设计实例进行床力分析，提出了增设水泵旁通管、水泵出口设冒