停泵水锤和防护措施

周光明 周艺蕾

(江西省化学工业设计院，江西 南昌 330002)

一、水锤现象

在压力管流中因流速剧烈变化引起动量转换，从而在管路中产生一系列急骤的压力交替变化的水力撞击现象，称为水锤现象。这时，液体(水)显示出它的惯性和可压缩性。

水锤也称水击，或称流体(水力)瞬变(暂态)过程，它是流体的一种非恒定(非稳定)流动，即液体运动中所有空间点处的一切运动要素(流速、加速度、动水压强、切应力、密度等)不仅随空间位置而变，而且随时间而变。

水锤现象的延续时间虽然短暂，但它会造成严重的工程事故，如因停泵，在管路中产生水柱分离与断流弥合水锤，则其破坏力更为严重。

二、水锤的危害

在安装有离心泵的水泵房中，因突然事故断电或其它原因而突然(开阀)停泵时，则在压水管内首先产生压力下降，随后视流速大小及管路系统情况产生程度不同的压力上升，即停泵水锤，严重时，将造成灾害。

泵站中发生水锤事故的现象是较为普遍的，其中以地形复杂，高差起伏较大的我国西北，西南地区尤为突出。根据各地区200次以上有记录的水锤事故调查可看出，泵站中多数水锤事故的结果是：轻则水管破裂，止回阀的上顶盖或壳体被打坏大量漏水，造成暂时供水中断事故；重则酿成泵站被淹毁，泵船沉没等严重事故。个别的，还因泵站水锤事故，造成冲坏铁路路基，损坏设备，伤及操作人员造成人身伤亡等次生灾害。

水锤在小区供水泵房或二次加压泵站也常有发生。此外，在高层建筑中，由于建筑高度高，水泵扬程高，水泵开停自动控制，经常发生水锤，产生巨大的水锤噪声，并经常爆管漏水。

三、产生水锤的条件

停泵水锤是在某一特定的条件下产生的，《美国给水工程协会会刊》(Journal A.W.W.A.)发表的一篇报告中，提出了下列12个问题，用来判断水锤的严重程度。

1.在压力输水管的纵断面图中，有无任何“驼峰”或“膝部”状升高点，当水泵机组突然事故停泵后，在该点处能否产生水柱分离与断流弥合水锤现象；

2.压力输水管的长度是否大于水泵扬程的20倍；

3.压力输水管的最大流速是否超过1.2m/s；

4.管材的安全系数以正常工作压力计算，是否小于3.5；

5.突然事故停泵后，管道中的连续水柱是否在短于一个水锤相u的时段内停止前进并开始倒流；

6.水泵出口所设的普通止回阀是否在短于1u的时段内关闭；

7.有没有在5秒内开启或关闭的自动阀门；

8.如果允许水泵机组以飞逸转换反转，机组会不会损坏；

9.水泵会不会在出水阀门完全关闭前停车；

10.水泵会不会在水阀门开启的情况下启动；

11.在供水系统中，有无同所研讨的水泵站运行情况有关的加压泵站；

12.在水泵及管路中，有没有任何快速关闭的自动阀门，会在需要它动作时失灵。

该研究报告提出：如果上例(1)-(7)问题都得到肯定的回答，那就很可能产生严重的水锤，如果上列12个问题中，有2个或更多问题得到肯定的回答，就可能产生水锤，肯定回签的数目愈多，水锤也就愈严重。

四、停泵水锤的防护措施

目前已有多种防护措施来解决由降压波开始的水锤升压问题，其出发点多数是建立在对停泵水锤的早期防护上，大致可归纳为以下几种类型：

1.排水(注气)稳压型

通过向系统补水(注气)，防止产生水柱分离或升压过高的断流弥合水锤，属于这种类型的有调压塔(池)，空气罐(室)，进气阀等。调压塔(池)有双向调压塔(池)和单向调压塔(池)，其中双向调压塔(池)一般用于大流量，低扬程的长管路系统，也可结合地形应用于压水管垂直上升的取水泵房中：单向调压塔常设于管路中易产生水柱分离处；空气罐(室)的设置不受地点限制，可防过高的升压，适用于中小型砂站；进气阀适用于各种规模管路系统在不可能注水(补水)或需要补进很大水量的场合下采用。

2.泄水降压型

(1)停泵水锤消除器

停泵水锤消除器的类别，经过多年来的变革，已有多种结构形式在工程界使用。泵出口设普通止回阀，水不经泵倒流，水泵突然断电时，在管路中出现低压的短促时段内，消除器阀门迅速动作，呈开启状态，待回冲水流到达时，消降器对整个管路系统起着泄水降压的作用。水锤消除器有下开式，自动复位下开式，自闭式，储气式等多种型式。

(2)缓闭止回阀

缓闭止回阀是止回阀的一种，它是通过缓闭的形式来消除水锤，允许水经过水泵倒流，控制倒流流量。缓闭止回阀有旁通式，上阻式，侧阻式，复合式等，适用于中，小型泵站及深井泵站。

(3)缓闭蝶阀(重锤蓄能式自闭蝶阀)

缓闭蝶阀是一种特殊的出水阀，这种阀在水泵启动时能先慢后快地自行开启；在突然停泵时又能自动先快后慢或以一定的慢速关闭。这样，无论在启闭水泵过程，或在突然断电后的过渡过程中，它既能消除水锤，又不致使大量水流倒回。在功能上，它既具有水泵出水操作阀门的作用，又具有止回阀和消除水锤的作用，起到一阀三用之功能。目前，常见的是重锤蓄能式自闭蝶阀，对安全性要求较高的大型泵站，使用及消锤动作，效果良好。

(4)取消止回阀

在泵站出水管路上取消普通止回阀，对于消除停泵水锤是比较有效的方法，正常运行时电耗低。这种方式要求事故停泵后应能尽快地关闭出水阀门，否则大量泄水，将给泵站及配水管网带来不利影响，在给水二泵站中采用尚少。在给水一泵站中采用此法时，应通过计算并处理好；防止水泵轴套退扣和机轴窗口窜动，确保供电系统保护装置安全可靠，防止机组震动，减免大量水倒流回泄，是否增加水柱分离的危险等。

(5)设置旁通管

对水泵或普通止回阀设置旁通管，在加压泵站中，对降低上游管路中压力特别有效，旁通管上的阀门等必须定期维修，适用于中小型泵站。

3.其它类型

(1)快闭式止回阀

在不产生水柱分离的情况下，可采用逆流量为零时即快速关闭的办法来减少水锤升压，设备简单，但阻力和电耗较大，还可能引起压力上升，在大口径管路中难以采用，适用于小型水泵装置。快闭止回阀有重锤旋启式，弹簧旋启式，弹簧升降式等。

(2)设置多级止回阀

在较长的输水管路中，增设一个或多个止回阀，把回冲水流分成几段，以降低水锤升压，但不能消除水柱分离的可能性，正常运行中水泵电耗增大。

(3)装设惯性飞轮

装设惯性飞轮是为了加大水泵机组的转动惯量，以减少停泵后水泵机组转速的下降率，延缓机组开始倒转的时间，这样可以避免停泵后管路中流速的急剧降低。这种方法仅可用于卧式泵，管线太长时不宜用。

(4)爆破膜片

泵站压水管上装设金属爆破膜片(铝质片、紫铜片等)，当管路中由于水锤升压超过预定值时，膜片自行爆破，水流外泄，泄水降压，消除水锤。该方法作为辅助性措施，一般不单独使用。

(5)结合工程设计考虑

通过计算，对于水锤升压不大，水锤可能性又较大的场合，可采用适当放大管径，降低正常运行时流速，合理布置管道，以及局部加强管道耐压能力等办法。

五、水锤防护措施的选择

停泵水锤防护措施的选择应考虑的因素有以下几方面：

1.所选用的防护措施，应与所处泵站及管路系统的规模，作用，对安全性的要求及技术(管理)水平等相适应，并尽可能地选用技术安全可靠，经济合理，管理维修方便的防护措施。

2.在有可能产生水锤危害的情况下，应早期防治。如在设计泵站及管路系统时，选定输水管走向，选用水泵机组和管材，确定管内流速等方面，都应考虑采取消除或减轻水锤危害的措施。

3.根据具体情况，尽可能采用综合性防护措施(几种措施同时采用)，以提高防护功能的安全可靠性。

例一，某小区二次加压供水泵房，水泵向高位水池供水，水泵总扬程92m(静扬程60m)，l输水管长1500m输水管沿线地形复杂，起伏较大，水泵开停由高位水池水位自动控制。在选择停泵水锤防护措施时，除在选泵，管道定线，管材，管内流速等方面考虑外，在水泵房处采用缓闭止回阀与停泵水锤消除器相组合的办法。另外，在输水管道的“驼峰”处设进气阀，在“低谷”处设安全阀。通过采取这些措施，有效地防止了水锤。

例二，某栋26层的大楼，原生活加压水泵和空调循环泵压水管上采用普通旋启式止回阀，水泵自动开停，停泵时产生水锤，水锤噪声严重影响大楼的住户及工作人员，反映强烈。现将普通止回阀改为快闭式止回阀(消声止回阀)，并加上Hydra-Rester水锤消除器，很好地解决了水锤噪声的问题。

4.对防护措施的管理维护及操作等方面的要求，应给予足够的重视，国内不少重大泵站水锤事故，都是由于对防护设备维修不善或失误操作而引起的。

5.防护措施(方法)的选择，必须与停泵水锤精确计算及分析互相配合，同时进行。