長距離輸水管道出現(xiàn)水錘現(xiàn)象的原因及解決對(duì)策研究

【摘要】隨著我國城市化的發(fā)展進(jìn)程越來越快，使得了我國的供水管網(wǎng)系統(tǒng)也日益龐大。作為給人們生產(chǎn)和生活提供水資源的供水管道，是城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，一旦供水管道出現(xiàn)故障，將會(huì)嚴(yán)重影響到城市居民的生產(chǎn)和生活。然而在管道輸水的過程中，水錘現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致管道出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。因此，對(duì)供水管道發(fā)生水錘現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，并通過相應(yīng)的措施加以解決意義重大。本文就此展開了分析和探究，以供相關(guān)人士參考。

【關(guān)鍵詞】供水管網(wǎng)；水錘；爆管；必要性

一、前言

隨著城市供水需求的日益增加，極大的增加了城市供水系統(tǒng)的壓力。近年來，城市供水管道出現(xiàn)爆管的現(xiàn)象越來越多，不僅造成了極大的水資源浪費(fèi)，同時(shí)還嚴(yán)重影響到了城市居民的正常生活。因此，加大對(duì)城市管道水錘現(xiàn)象的分析與研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、水錘產(chǎn)生的原因

水錘的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上主要是水流在管道內(nèi)的流速發(fā)生變化造成的。由于水流具有慣性和可壓縮性，在流動(dòng)過程中水流速度發(fā)生變化就會(huì)引起水體的總動(dòng)量發(fā)生急劇變化，這部分變化就會(huì)用力的形式作用于輸水管路內(nèi)壁上，對(duì)輸水管路產(chǎn)生極大的撞擊力，損壞輸水管路。水錘的破壞力極強(qiáng)，是工程最大的安全隱患，因此在長距離的輸水工程中，一定要考慮如何消減，水錘壓力，采取有效的防護(hù)措施。只有這方面做好了，才能保證輸水工程的安全有效運(yùn)行，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)不受損失。在水錘引起的輸水工程安全事故中，由負(fù)壓引起的水錘破壞是泵站系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)的。為此，我們要著重考慮這方面的問題，把水錘壓力消減到安全可控的安全范圍之內(nèi)。

除了管路內(nèi)水流速度發(fā)生急劇變化能產(chǎn)生水錘外，還有另一個(gè)原因，就是輸水管道內(nèi)有空氣。空氣在管道內(nèi)占用了一部分空間，當(dāng)內(nèi)部壓力突然發(fā)生變化時(shí)，空氣柱受到擠壓會(huì)急劇膨脹，這時(shí)候空氣柱會(huì)推動(dòng)管道內(nèi)水體流動(dòng)，形成氣推水、水推氣的現(xiàn)象，這就是水錘。由于氣體受力壓縮后，釋放時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的力，因此這種水錘的破壞力很大，我們要想辦法盡量消除它。特別是在第一次試水的時(shí)候，一定要先將空氣排出，排完氣后才能充水。

三、水錘的防護(hù)措施

1 沿線管道縱向設(shè)計(jì)的水錘防護(hù)

只要是通過水泵打壓的方式進(jìn)行輸水的，在輸水管道內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生水錘。特別是長距離的輸水運(yùn)輸中，管道內(nèi)的水體流速經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化。水流速度的改變也必然會(huì)引起管道內(nèi)壓力的大小變化，這就決定了水錘是不可能完全消除的。我們可以做的，就是盡量消弱管道內(nèi)部的這種壓力的極具變化，從而消減水錘的破壞性。在實(shí)際的輸水過程中，輸水管道內(nèi)是水氣兩相流，它們混合在一起一塊運(yùn)行。而氣體的存在更有利于形成水錘，這是我們所不希望的。因此，我們要結(jié)合輸水管道的縱向布置情況，在每個(gè)較緩的駝峰處布置排氣閥。最好在工程施工初期就研究計(jì)算好不同工況下的水流狀態(tài)，為以后安裝排氣閥做好準(zhǔn)備。在鋪設(shè)輸水管道時(shí)，水平段的排氣問題尤為重要。這里沒有先天的駝峰地勢(shì)，沒有制高點(diǎn)安裝排氣閥。因此，在施工時(shí)要人為的把管線布置成隔一段設(shè)置一個(gè)高點(diǎn)，用來安裝排氣閥。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，水平段應(yīng)該每隔600～1000m的距離設(shè)置一個(gè)排氣閥。另外，由于水在管路內(nèi)的狀態(tài)十分復(fù)雜，因此排氣閥的選擇和安裝非常重要，它直接影響管路內(nèi)的排氣情況。由于水流流態(tài)的復(fù)雜性，也就造成了排氣的困難，因此不但要確定排氣閥的合理數(shù)量，合適位置，還要對(duì)排氣閥種類和性能高度重視。

2 停泵水錘防護(hù)分析

停泵時(shí)管路內(nèi)水體流速發(fā)生極大變化，產(chǎn)生的水錘破壞力非常強(qiáng)，對(duì)水泵站和整個(gè)輸水系統(tǒng)危害很大，并非常有可能引發(fā)安全事故。所以說，對(duì)停泵水錘的防護(hù)一定要做到位，全面考慮，根據(jù)實(shí)際情況制定具體有效的防護(hù)措施來消除或者降低停泵水錘。

（1）減壓閥恒壓閥防護(hù)。減壓閥的優(yōu)點(diǎn)是它能有效消減水錘的破壞，缺點(diǎn)是輸水管道完全放空，再次啟動(dòng)充水時(shí)非常困難，用時(shí)較長，并且具有一定的危險(xiǎn)性；恒壓閥的優(yōu)點(diǎn)是始終保持管道滿管水流，再次運(yùn)行時(shí)打開閥門即可，非常方便，但易產(chǎn)生關(guān)閥水錘。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)多采用關(guān)閉下游出口閥的方法。

（2）緩閉蝶閥防護(hù)。消減關(guān)閥水錘最簡單有效的方法是延長閥門關(guān)閉時(shí)間，減緩水體流速的突然改變，讓管道內(nèi)壓力平穩(wěn)變化。這些方法包括：采用雙速閥門；在閥門處布置旁通管；對(duì)閥門最后15%-20%開度提供緩沖保護(hù)；在某些情況下，可以考慮安裝進(jìn)氣閥或液壓氣室。這種延長閥門打開和關(guān)閉時(shí)間的方法對(duì)大型閥門來說是簡單易行的。對(duì)長管道的水錘危害問題應(yīng)進(jìn)行專門研究，綜合采用多種手段，也許可能開發(fā)出某些特種閥類產(chǎn)品。

3 分段減壓消能

在長距離的輸水管道中，由于管道的長度很長，每一段的壓力變化都不相同，因此要進(jìn)行分段減壓才能夠有效消除水錘。具體方法是：按照工程所鋪設(shè)的管道長度，將其截取成若干個(gè)不連續(xù)的部分，在每個(gè)管道的末端都安裝閘閥和消能設(shè)備，通過減壓設(shè)施的調(diào)節(jié)，可以有效保證各段管道所承受的壓差不會(huì)過大，這樣很大程度上消減了水錘的壓力，進(jìn)而減弱了水錘對(duì)輸水管道的損害。比如在萬家寨引黃工程的聯(lián)接段，就是將整個(gè)輸水管線劃分為三個(gè)區(qū)段，使得每段管道的最大工作壓力不超過1M Pa。

四、結(jié)束語

綜上所述，城市供水管網(wǎng)之所以會(huì)出現(xiàn)爆管的現(xiàn)象，主要在于管道中氣水兩相流不穩(wěn)定所引起的，因此要想解決這一問題，將管道中的氣體平穩(wěn)快速的排出是最為根本的解決途徑。因此，作為相關(guān)的技術(shù)人員和水利工作人員，需不斷努力提高自身知識(shí)水平，積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，努力提高實(shí)踐作業(yè)效率，保證長距離輸水工程的順利開展。

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