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水錘又稱水擊。水(或其他液體)輸送過程中，由于閥門突然開啟或關(guān)閉、水泵突然停車、驟然啟閉導(dǎo)葉等原因，使流速發(fā)生突然變化，同時壓強(qiáng)產(chǎn)生大幅度波動的現(xiàn)象。長距離輸水工程應(yīng)進(jìn)行必要的水錘分析計(jì)算，并對管路系統(tǒng)采取水錘綜合防護(hù)計(jì)算，根據(jù)管道縱向布置、管徑、設(shè)計(jì)水量、功能要求，確定空氣閥的數(shù)量、型式、口徑。

1 水錘發(fā)生的原因與分類

1.1引起水錘過程的原因

(1)啟泵、停泵、用啟閉閥門或改變水泵轉(zhuǎn)速、葉片角度調(diào)節(jié)流量時；尤其在迅速操作、使水流速度發(fā)生急劇變化的情況。

(2)事故停泵，即運(yùn)行中的水泵動力突然中斷時停泵。較多見的是配電系統(tǒng)故障、誤操作、雷擊等情況下的突然停泵。

1.2水錘破壞主要的表現(xiàn)形式

(1)水錘壓力過高，引起水泵、閥門和管道破壞；或水錘壓力過低，管道因失穩(wěn)而破壞。

(2)水泵反轉(zhuǎn)速過高或與水泵機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速相重合，以及突然停止反轉(zhuǎn)過程或電動機(jī)再啟動，從而引起電動機(jī)轉(zhuǎn)子的永久變形，水泵機(jī)組的劇烈振動和聯(lián)結(jié)軸的斷裂。

(3)水泵倒流量過大，引起管網(wǎng)壓力下降，水量減小，影響正常供水。

1.3.水錘的分類與判別

(1)按產(chǎn)生水錘的原因可分為：關(guān)（開）閥水錘、啟泵水錘和停泵水錘；

(2)按產(chǎn)生水錘時管道水流狀態(tài)可分為：不出現(xiàn)水柱中斷與出現(xiàn)水柱中斷兩類。前者水錘壓力上升值△H通常不大于水泵額定揚(yáng)程HR或水泵工作水頭H0稱正常水錘；后者當(dāng)水柱再彌合時，水錘壓力上升值較高，常大于HR或H0，是引起水錘事故的重要原因，故稱非常水錘。

  所謂水柱中斷，就是在水錘過程中，由于管道某處壓力低于水的汽化壓力而產(chǎn)生。

（3）對于關(guān)（開）閥水錘，與關(guān)（開）閥時間T有關(guān)可分為：

   直接水錘：

Tc＜Tγ                                   （1-1）

   間接水錘：

Tc＞Tγ                                   (1-1)

   式中：Tγ—水錘相（秒）

1.4 水錘計(jì)算方法

水錘分析計(jì)算可以采用解析法、圖解法、特征線法以及有限元法。

解析法和圖解法忽略了摩擦阻力的影響，對復(fù)雜邊界條件的處理也比較粗糙，計(jì)算精度較差。

采用有限元法計(jì)算機(jī)用時并不減少，且邊界條件處理不如特征線法方便。

采用特征線法，可較精確地考慮沿程摩阻和局部摩組隊(duì)水錘計(jì)算的影響，能方便地處理各種復(fù)雜邊界條件，如串聯(lián)管道、分岔管道、閥門、調(diào)壓室、機(jī)組等處的邊界條件，計(jì)算精度可以大大提高。

2 停泵水錘，如何防護(hù)

由于停泵水錘可能導(dǎo)致泵站和輸水系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故，因此有必要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施來消除停泵水錘或消減水錘壓力。目前為止，已經(jīng)有多種停泵水錘防護(hù)措施，大致可以分為：

1、補(bǔ)水（注氣）穩(wěn)壓

補(bǔ)水（注氣）穩(wěn)壓可防止產(chǎn)生水柱分離或升壓過高的斷流彌合水錘。屬于這種類型的有雙向調(diào)壓室、單向調(diào)壓室及氣壓罐。

（1）雙向調(diào)壓塔：在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建，雙向調(diào)壓塔的水面高度應(yīng)高于輸水管道終點(diǎn)接收水池的水面高度并考慮沿管道的水頭損失。調(diào)壓塔將隨著管路中的壓力變化向管道補(bǔ)水或泄掉管路中的過高壓力，從而有效地避免或降低水錘壓力。

（2）單向調(diào)壓塔：在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建，單向調(diào)壓塔的高度低于該處的管道壓力。當(dāng)管道內(nèi)壓力低于塔內(nèi)水位時，調(diào)壓塔向管道補(bǔ)水，防止水柱拉斷，避免彌合水錘。

（3）氣壓罐：國內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)不多，在國外使用較廣泛。它利用氣體體積與壓力的特定定律工作。隨著管路中的壓力變化氣壓罐向管道補(bǔ)水或吸收管路中的過高壓力，其作用與雙向調(diào)壓塔類似。

2、泄水降壓

泄水降壓可避免壓力陡升，屬于這種類型的有停泵水錘消除器、緩閉止回閥、爆破膜片等。

（1）停泵水錘消除器主要有三種類型，下開式停泵水錘消除器、自閉式停泵水錘消除器、自動復(fù)位停泵水錘消除器。它們在工作原理上類似，即當(dāng)停泵過程中，當(dāng)出口壓力下降到一定值時，消除器開啟，當(dāng)水錘升壓波向水泵返回時，由消除器向外排水，從而消除水錘。水錘消除器保護(hù)干管的長度，一般不超過800m。

（2）緩閉止回閥是止回閥的一種，它通過緩閉的形式來，消除水錘，形式很多，簡易可行，獲得了較為普遍的應(yīng)用。緩閉止回閥有重錘式和蓄能式兩種。這種閥門可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對閥門關(guān)閉時間進(jìn)行調(diào)整。一般在停電后3～7s內(nèi)閥門關(guān)閉70%～80%，剩余20%～30%的關(guān)閉時間則根據(jù)水泵和管路的情況調(diào)節(jié)，一般在10～30s范圍。

（3）爆破膜片類似于電路上安裝保險絲，當(dāng)管路中由于水錘升壓超過預(yù)定值時，膜片自動破裂，水流外泄，起到泄水降壓的消除水錘效果。

3、其他類型

（1）適當(dāng)增加管道直徑、壁厚，降低輸水管線的流速，這樣可以在一定程度上降低水錘壓力。

（2）減少管道長度，由一個泵站變?yōu)閮蓚€泵站，用吸水井把兩個泵站銜接起來。

（3）選用轉(zhuǎn)動慣量較大的水泵機(jī)組或加裝有足夠慣性的飛輪，可在一定程度上降低水錘值。

（4）改變管道縱斷面布置形式。在輸水管線布置時應(yīng)盡量避免出現(xiàn)坡度劇變的情況。

防護(hù)水錘，注意事項(xiàng)

另外，在選擇停泵水錘的防護(hù)措施時要注意以下幾點(diǎn)：

（1）所選用的防護(hù)措施，應(yīng)與所出泵站及管路系統(tǒng)的規(guī)模、作用、對安全性的要求及技術(shù)（管理）水平相適應(yīng)，并盡可能選擇技術(shù)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、管理維修方便的防護(hù)措施。

（2）在有可能產(chǎn)生水錘危害的情況下，應(yīng)早期防治。如在泵站及管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管材走向的選定、水泵機(jī)組和管材的選用以及管內(nèi)流速的確定等方面，都應(yīng)考慮采取消除或減輕水錘危害的措施。

（3）根據(jù)具體情況，盡可能采用綜合性防范措施（幾種措施同時采用），以提高防護(hù)功能的安全可靠性。

（4）對防護(hù)措施的管理維護(hù)及操作等方面的要求，應(yīng)給予足夠的重視，國內(nèi)不少重大泵站停泵水錘事故，都是由于對防護(hù)設(shè)備維修不善或失誤操作造成的。

（5）防護(hù)措施的選擇，必須與停泵水錘精確計(jì)算及相互分析相配合，同時進(jìn)行。

總之，停泵水錘現(xiàn)象及其危害，與任何一種具體的物理現(xiàn)象一樣，都是在特定的條件下產(chǎn)生的。因此，大多防范措施是建立在對停泵水錘的早期防護(hù)上，在實(shí)際工程中，應(yīng)掌握其實(shí)質(zhì)，綜合考慮，靈活應(yīng)用。

上面是對停泵水錘的防護(hù)措施。下面來看看其它水錘以及防護(hù)措施。

蒸汽管道的水錘

1）、蒸汽管道中的撞擊

在蒸汽配送管道中會發(fā)生水錘，通常是第一次提供蒸汽時，緩慢的關(guān)閉閥門能夠有效的去除由于管道內(nèi)冷凝水液位過高所形成的水錘，但這種方法對去除由于蒸汽突然冷凝所造成的水錘形式?jīng)]有太大的效果。

由于冷凝水是引起這兩類水錘的關(guān)鍵，所以去除冷凝水是解決這兩類水錘發(fā)生最有效的解決方案。蒸汽疏水閥的正確安裝至關(guān)重要，這樣可以瞬時連續(xù)的排放出蒸汽配送管道內(nèi)的冷凝水。

2）、管道布置

如果已經(jīng)按照建議的位置安裝了蒸汽疏水閥，但水錘的現(xiàn)在仍然存在。那么最有可能的原因之一是：管道安裝的傾斜度不正確。如果管道安裝的傾斜度不正確，那么冷凝水就不能正常的流入疏水閥，從而在某些位置形成高液位的冷凝水。

蒸汽管道向上傾斜：水錘發(fā)生

蒸汽管道向下傾斜：沒有水錘發(fā)生

長距離的蒸汽配送管道，只要稍微上升一點(diǎn)就可能導(dǎo)致水錘，當(dāng)在安裝蒸汽管道時，需使用水平儀反復(fù)測量管道的傾斜度。

3）、冷凝水積存在分配管線的末端

這只水錘發(fā)生的一部分原因，為了真正的消除這個問題，需要對其整套的管道系統(tǒng)進(jìn)行檢測找出確切的原因并且制定適當(dāng)?shù)膶Σ摺?/p>

設(shè)備附近的撞擊

設(shè)備中的水錘，就類似于蒸汽配送管道內(nèi)的水錘，通常是由于高液位的冷凝水積存造成的。它們之間的區(qū)別在于這種類型的水錘即使發(fā)生了，設(shè)備也能正常的工作。

舉個例子如管殼式換熱器。當(dāng)設(shè)備的負(fù)載下降（如：減少加熱產(chǎn)品的數(shù)量或產(chǎn)品溫度的升高），壓差也隨之降低直到消失，這樣冷凝水就會積存在換熱器內(nèi)。這種現(xiàn)象被稱之為“滯流”。取決于背壓，當(dāng)設(shè)備停車時，冷凝水會充滿整個管殼式換熱器。

當(dāng)蒸汽被送入一個具有高液位冷凝水的空間，它會瞬間的冷凝形成水錘。在大多數(shù)情況下，像這類小規(guī)模的水錘只是暫時的，并不像在蒸汽配管中那么的猛烈。

然而，如果像這類小規(guī)模的水錘長時間的或頻繁發(fā)生時，它會削弱設(shè)備的硬度使設(shè)備突然發(fā)生斷裂。這種缺口通常發(fā)生在高壓力、負(fù)載大、設(shè)備全開的狀態(tài)下。快速的排放冷凝水是預(yù)防與消除這種情況的關(guān)鍵。

除了滯流，許多其它情況也會導(dǎo)致冷凝水積存在設(shè)備內(nèi)。例如：熱交換器的結(jié)構(gòu)或壓力平衡管，蒸汽疏水閥與管道安裝不恰當(dāng)，冷凝水回收管線條件，等這類問題。

消除和減輕水錘危害的基本方法

1、如果蒸汽主管有水錘發(fā)生，需立刻緩慢的關(guān)閉閥門，切斷蒸汽流動，水錘就可能停止，等水錘停止了，再慢慢的打開閥門。若關(guān)閉閥門了，水錘仍然沒有停止，那么就說明是由于蒸汽突然冷凝形成的波浪形水錘。當(dāng)管道內(nèi)的冷凝水液位接近管道的80%時就會形成水錘，這種情況首先應(yīng)該選用合適的疏水閥及時把水排放干凈，或者檢查管道安裝是否正確，或者應(yīng)該擴(kuò)大疏水管道。蒸汽管道送汽前要充分暖管，徹底疏水，然后緩慢開啟閥門送汽。

2、蒸汽管道末端的水錘，在末端安裝疏水閥排水即可解決。

3、如果是冷凝水倒流造成的水錘，加裝止回閥即可解決，但止回閥應(yīng)動作靈活，不應(yīng)出現(xiàn)忽開忽關(guān)現(xiàn)象。

4、如果是換熱設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的水錘，可以把設(shè)備進(jìn)汽管道的氣動開關(guān)類閥門，更換成氣動比例調(diào)節(jié)閥。

5、盡量縮短閥件與容器間的管道長度。

6、管道上裝設(shè)安全閥、排空閥或蓄能器。

綜上所述，選擇正確類型和正確型號的疏水閥，正確的管道系統(tǒng)布局，即可解決大部分的水錘。如果某個疏水閥長期遭受水錘的沖擊，經(jīng)常損壞，這肯定是系統(tǒng)布局不合理，必須盡快解決。

常見的兩個重要應(yīng)用就是蒸汽主管和有溫控?fù)Q熱器后的疏水:

A、一般來說，蒸汽主管應(yīng)每隔30~50米設(shè)一個疏水點(diǎn)，并配以尺寸合適的集水槽；所有上升管的底部都必須疏水，否則產(chǎn)生水錘。

B、只有在冷凝水能及時排出的情況下，帶溫度控制的換熱器才會高效的工作。無論安裝哪一種疏水閥，如果閥后有提升，都可能會發(fā)生水錘。

因此管道的正確設(shè)計(jì)和安裝是至關(guān)重要的，這將有助于系統(tǒng)在使用壽命內(nèi)安全運(yùn)行，并發(fā)揮出最佳的熱力性能。