水锤对给水设备造成危害分析及预防措施

陈文通 上海铁路局杭州房产建筑段

水锤对给水设备造成危害分析及预防措施

陈文通 上海铁路局杭州房产建筑段

从计算水锤压力强度着手，分析引起水锤效应的各个相关因素，并参照现场实际情况，讨论如何采取相关措施,以减少水锤对给水设备的影响。

预防；水锤；给水；危害

水锤现象在给水管网运行过程中，易被运行管理单位所忽视，而水锤现象引起的管内水流压力的急剧变化，将在管道内产生一个冲击力，当作用在管壁上时，使管网压力升高，有时甚至达到正常压力的几十倍、上百倍，因而对管网具有很大的破坏性，易造成阀门损坏、管道接头断开，甚至管道爆裂等严重问题，本文将以计算PE管水锤压力为例着手，讨论如何减少水锤对管道的影响。

1 水锤的概念

在给水管道运行过程中，由于发生突然关闭阀门、水泵停泵等情况时，管道内水流速度发生急剧的变化，导致管网内水压发生大幅度的变化的现象，称为水锤。

2 水锤的分类

压力波的相长，相长的计算公式为2×管道长度/水击波速度。

根据阀门的关闭时间，可以将水锤分为直接水锤和间接水锤。根据水柱是否中断，可以分为正常水锤与非常水锤。

2.1 直接水锤

直接水锤是指阀门的关闭时间小于一个压力波的相长，间接水锤是指阀门的关闭时间大于一个压力波的相长。直接水锤的计算如下：

（1）压力波回流速度计算

式中：

ɑ：压力波回流的速度（m/s）；

c：管端固定度；

di：管道内径（m）;

EP：管材的弹性模量，PE管取900 MPa（20℃）；

en：管材的公称壁厚，（m）；

k：水的体积模量，取2200MPa;

rw：水的重力密度，取10kN/m3;

以PE管材为例，当管道埋入土中时，取c为0.75，PE80级的1.0MPa的管道di/en=19。

将以上参数代入公式计算得：

（2）水锤压力计算

式中：

ΔP为水锤压力；

Δv：管道内水的流速变化值，可取平均流速（m/s）。

从公式中，我们得知直接水锤与管道的埋设形式、管道的材质以及管道的水流速度等因素有关。假设某管道的实际水流速度为4m/s，计算可得水锤压力为ΔP＝4×245/9.8＝100m水柱，折算后可得管道需承受10kgf/cm2。

2.2 间接水锤

间接水锤由于关闭阀门的时间大于一个压力波的相长，当压力力波到达阀门处时，阀门还未完全关闭，阀门未关闭可泄一部分正向压力，压力波开始往回传时，阀门处变为负向压力，阀门继续关闭造成的正向压力与回传的负向压力相抵消，会使阀门处的最大水击压力小于直接水锤的压力。

2.3 正常水锤

正常水锤的压力上升值一般不会超过水泵的额定扬程，在工程实践中一般不会引起管道及设备的破坏。

2.4 非常水锤

非常水锤是由于管道出现负压，当负压值低于水的汽化压力时，水柱将出现中断现象，当水柱再重新合在一起时，将产生较高的水锤压力。

（1）非常水锤的判断

根据参数MR(水泵的额定转矩)、GD2(水泵机组的飞轮惯量)、nR(水泵的额定转数)、NR(水泵的额定轴功率)、L（管道的长度）、ɑ（压力波）对照帕金马图(参照《给水排水设计手册》相关资料)进行查表计算。根据查表的结果可以判断管道是否会出现水柱中断现象。

3 防止水锤危害的措施

（1）延长阀门的关闭时间，尽量避免产生直接水锤。注意选用阀门型号,特别是在选用止回阀时，应选用缓闭类型的止回阀，以延长阀门的关闭时间。

（2）控制好管道内的水流速度。

（3）加装相应的安全装置，如稳压罐、安全阀等，以防止水锤的危害。

（4）选用弹性模量较小的管材，如PE管。

（5）铺设管路时，减少管道局部突起，以防出现负压，造成水柱中断现象，引起非常水锤破坏。

（6）调整管道的固定度，即公式中的c值。对明敷的管道，应做好管道支架制作安装工作，适当提高支架的安装密度，在起始端、转角处加装管道支架。

（7）做好水泵选型工作，参照GD2(水泵机组的飞轮惯量)等水泵参数，尽量选用水锤效应较小的水泵型号。

[1]CJJ101-2004《埋地聚乙烯给水水管道工程技术规程》.

[2]《给水排水设计手册》.

责任编辑：宋飞 许卫民
来稿时间：2014-11-26